2015年01月13日 11:04:00 　来源：    字体大小[大中小]

日前，等离子体所与美国通用原子能公司在DIII-D托卡马克上进行的“中美东方超环（EAST）/DIII-D托卡马克物理联合实验”取得成功，我方科研人员通过视频会议系统远程主导此次实验，中美聚变科研人员再次携手获得佳绩。美方协调人——等离子体所客座研究员Andrea Garofalo博士专程从美国赶来，协助开展远程实验，中方协调人为龚先祖研究员。这次进行的两个联合实验是：偏滤器热流物理，低扭矩q_min > 2高性能运行模式探索。由于与美国圣地亚哥存在16个小时的时差，我方科研人员连续奋战三个通宵（实验时间：北京时间凌晨0点至早上9点），最终完成实验。参加此次联合实验的我方主要科研人员有龚先祖、徐国盛、王亮、任启龙、丁斯晔、汪惠乾等。 

实验首日进行了“偏滤器热流物理”联合实验，由等离子体所王亮博士与GA的Michael Makowski博士共同主持。未来ITER将采用以电子加热为主导的射频波加热模式，该实验旨在通过利用DIII-D的电子回旋加热与灵活的中性束加热（同电流、反电流、离轴）手段，结合EAST已经开展的相关实验，系统研究电子/离子加热主导的不同条件下，偏滤器热流沉积宽度的物理机制，重点探索离子轨道损失对射频波加热条件下热流输运物理的影响。联合实验初步结果显示：在与EAST类似的低密度运行区，电子回旋加热获得的H模热沉积宽度高于中性束获得的H模热沉积宽度,表现出与EAST类似的实验结果；而在高密度运行区，电子回旋获得的H模与中性束获得的H模热沉积宽度相当。此外，在电子回旋H模条件下，还验证了热沉积宽度与等离子体电流的反依赖关系。这个联合实验将为ITER在射频波加热条件下偏滤器热沉积宽度的预测提供重要物理信息，因为之前的国际定标主要在中性束加热条件下实验获得。 

随后两日进行了“低扭矩q_min > 2高性能运行模式探索”联合实验，由等离子体所徐国盛研究员和美国普林斯顿实验室的Wayne Solomon博士共同主持。实验目的是在DIII-D上验证一种适合EAST高性能长脉冲运行的先进托卡马克感应驱动电流运行模式，是2013年DIII-D/EAST稳态运行模式联合实验的延续。这种运行模式在较高的等离子体电流下，通过高约束和高比压产生高自举电流份额，结合离轴电流驱动，同时保留一定的感应驱动电流份额，使得安全因子最小值q_min超过2，从而避开最危险的MHD不稳定性：m/n = 2/1新经典撕裂模。这种运行模式的另外一个特点是“低扭矩下高约束”，因为EAST及未来ITER和聚变堆的外界扭矩注入不足以驱动很强的等离子体环向旋转。通过实验，成功在0.8兆安等离子体电流下实现了低扭矩q_min > 2的高性能运行模式：在较高的比压下（Beta_n = 3.2），能量约束改善因子H_89达到3.6（普通的高约束模式下H_89在2附近）。在等离子体小半径较大的位置（rho = 0.7）出现了一个很强的电子内部输运垒和一个较为缓和的离子内部输运垒，这可能是产生高约束的原因。 

除以上两个联合实验外，2014年中美EAST/DIII-D联合实验的另一个实验提案“高比压完全非感应电流驱动先进运行模式发展”已于北京时间2014年8月27日凌晨0点至早上9点在DIII-D上取得成功，由中方龚先祖研究员与美方Andrea Garofalo研究员共同主持。该实验旨在进一步发展反应堆相关的高比压运行模式。通过优化等离子体的位形和电流密度分布成功获得极高比压的先进运行模式（Beta_n > 4，Beta_T >2%，H­_98>1.5 ），开辟了进一步优化与提高等离子体性能的途径。实验结果支持了“缓释震荡”不是由内部输运垒驱动的内部模，而是由壁的稳定性支配的外部模式的假设，因为“缓释震荡”限制着所能取得的最大等离子体储能，其稳定性依赖于等离子体与壁之间的距离。相关实验结果已在25届IAEA聚变能国际大会（俄罗斯Saint Petersburg）和第56届美国物理年会（美国Louisiana）报告。  

至此，等离子体所主导的三个“2014中美EAST/DIII-D托卡马克物理联合实验”全部落下帷幕。2014中美EAST/DIII-D联合实验，是2013年联合实验的延续，是等离子体所与GA国际合作的一个重要组成部分，其成功对EAST/DIII-D未来开展更深入的合作交流与培养青年人才具有重要意义。我方科研人员通过这次联合实验真正了解了DIII-D这个国际平台的实验组织、执行的流程以及数据共享的细节，对今后如何在EAST上高效开展物理实验有了较深刻的认识。 

　　　　  

　　　　2014中美EAST/DIII-D联合远程实验掠影 

（托卡马克装置信息员尹红星提供）

　　  

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