托卡马克高约束模物理机制研究.doc

附件1:“托卡马克高约束模物理机制研究”重大项目指南改善等离子体约束是磁约束聚变研究长期关注的关键问题之一,与未来聚变堆的经济性密切相关。近20年来,磁约束聚变研究最大的科学成就是发现和发展了多种改善等离子体约束的模式,其中具有边缘局域模(ELM)的高约束模式积累了大量的实验数据,形成了能量约束时间和模式转换功率阈值的经验定标律,被选择为实验反应堆的主要参考运行模式。具有ELM的高约束模在等离子体边缘区形成输运垒,改善了等离子体的总体约束,同时其陡峭的压强梯度驱动了ELM不稳定性,产生流向偏滤器靶板和第一壁的大通量粒子流和热流。在对具有ELM的高约束模的理解和控制中,高约束模的触发机制、边界输运垒结构、ELM动力学行为等科学问题十分重要,亟待深入研究。在国内两大托卡马克装置良好的实验条件下,通过整合我国多学科的研究能力,开展高约束模研究,解决这一前沿领域中的几个关键科学和技术问题,从而促进相关学科领域的发展,建设一支高水平的研究队伍,提升我国磁约束聚变等离子体物理的研究水平和研究能力。一、科学目标通过研究托卡马克高约束模物理,理解射频波驱动剪切流的机制和剪切流在高约束模触发中的作用,特别是弄清平均流和带状流的产生机制及其在模转换中的作用,获得持续稳定的高约束模等离子体;理解决定输运垒结构的物理机制,给出输运垒宽度与主要物理参数的定标关系,为发展相关定标律提供重要的实验依据;发展主动控制ELM的方法,特别是在高密度或低碰撞率状态下的控制手段。同时,通过发展输运垒结构的研究手段,提高相关诊断的研制水平。这些目标的实现有助于提高对高约束模的精确预测和控制能力,提升我国等离子体物理、微波技术、非线性科学等领域的研究水平,在相关领域建设一支高水平的人才队伍。二、研究内容(一)高约束模的触发机制:重点研究剪切流的产生及其在触发高约束模中的作用,包括射频波产生剪切流的机制、带状流产生机制、以及剪切流在模转换中的作用。(二)边界输运垒物理:重点研究决定输运垒高度和宽度的物理机制,发展测量输运垒结构的高空间分辨微波反射仪的诊断系统。(三)高约束模边界不稳定性:重点研究ELM驱动机制和物理特性,特别是不稳定ELM模的非线