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我校核聚变与等离子体物理团队在核聚变领域国际TOP期刊​《Nuclear Fusion》上发表最新研究成果

2019年04月20日    向东 

我校核聚变与等离子体物理团队的郑平卫副教授、龚学余教授等在核聚变领域的国际TOP期刊《Nuclear Fusion》上发表题为《Synergy effect of the Ohkawa current drive of electron cyclotron waves and the lower hybrid current drive: a new mechanism》的学术论文。该文章是我校核聚变与等离子体物理团队在该TOP期刊上发表上的第5篇学术论文,也是郑平卫副教授为第一作者、龚学余教授为通讯作者近两年来在该TOP期刊上发表上连续发表的第2篇学术论文,更是我校核聚变与等离子体物理团队在该TOP期刊上第一次发表上的Letter学术文章。

非感应电流驱动是托卡马克等离子体研究中的重点内容之一,它在维持托卡马克等离子稳态运行和磁流体动力学不稳定方面有着极其重要的地位。相比于传统上利用电子回旋波Fisch-Boozer机制作为主导机制在托卡马克等离子远离轴心(远轴)区域内电流驱动效率较低的问题,我校研究团队从理论上解决了以电子回旋波Ohkawa机制为主导机制的有效局域非感应电流驱动的问题,提出了利用Ohkawa机制来有效驱动托卡马克远轴区域内局域非感应电流的方法。在大逆纵横比托卡马克装置或局部逆纵横比足够大的径向位置上,Ohkawa机制占优的电流驱动(OKCD)可以替代电子回旋波电流驱动(ECCD,Fisch-Boozer机制占优),是一种有价值的远轴局域非感应电流驱动方法(图1所示)。

图1 OKCD归一化电流驱动效率随归一化径向位置的变化关系图(HL-2M类大逆纵横比装置)

在上述研究基础上,研究团队研究进一步发现了电子回旋波OKCD与LHCD联合电流驱动下会存在一种新的协同效应,总结归纳了实现这种协同效应的方法,并解释了其内在的物理机制(图2):让电子回旋波加热与等离子体电流同向的平行电子,同时让低杂波加热与等离子体电流反向的平行电子,这种新的协同效应来自于电子俘获过程和解俘获过程。OKCD将速度空间内低速度的“勉强”通行电子推入到俘获区域内(俘获过程),变成俘获电子,低杂波电流驱动(LHCD)将部分高速度的“勉强”俘获电子拉出俘获区域而变成通行电子(解俘获过程),并将这些“解俘获”电子加速到更高的平行速度。这种协同效应可以使得托卡马克等离子体远轴OKCD的电流驱动效率提高~2.5倍。

图2在速度空间中OKCD和LHCD协同效应的物理图像

该研究工作得到了中国国家自然科学基金项目的资助。《Nuclear Fusion》期刊是核聚变领域国际公认的顶级期刊。

文章链接:https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab110c

https://doi.org/10.1088/1741-4326/aaa338

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