托卡马克物理基础4

IV 托卡马克等离子体的约束模式 从上世纪六十年代以来，全世界已建造了大量的托卡马克实验装置，其中特别重要的如 JET(欧洲联合环)，JT-60（日本），TFTR (PPPL，US), DIII-D(GA,US ) 等四个超大装置， 以及以 ASDEX, ADDEX-U(德)，TORE-S (超导，法)， ALCATOR-CMOD (强磁场，US), FT (强磁场，意大利)， TEXTOR(德)，TCV (瑞士)，T-10 (俄)，TEXT( US), HL-1（中国乐山），HT-7（超导，中国合肥）等大装置，以及近期投入运行的 HL-2A（中国成都），EAST(超导，中国合肥)等新装置，都对托卡马克的等离子体的约束特性做了大量的研究。其中四个特大装置的等离子体参数都达到聚变堆所要求的水准，即形成了堆芯等离子体（等离子体温度10keV 量级）。所有的装置都以欧姆加热所形成的初始等离子体为基准，进行了不同程度的高功率加热，包括中性束注入（Neutral Beam Injection, NBI），离子回旋频段波加热 ( Ion Cyclotron Frequency Range Heating, ICFRH)，低混杂波电流驱动和加热 ( Lower Hybrid Wave Current Drive & Heating，LHCD&LHH) 电子回旋共振加热 ( Electron Cyclotron Resonance Heating, ECRH) 等。所积累的数据库包含极其丰富的各类信息。 对托卡马克等离子体约束规律的研究的最有效的推动是ITER 设计。历时两年多（1988-1990）的 ITER 的物理设计及跟着进行的近十年（1991-1999）的工程设计，以及几乎又是快十年的后续更新设计（2000-2007），使得对这些规律的认识极大地得到深化。形成了托卡马克型反应堆物理和工程设计的基础。与此同时，国际磁约束聚变研究具有很强的定向性，这就是为 ITER 设计提供依据，深化认识，完善尚有疑虑的方面。除了实验研究以外，对约束模式的理论研究以及数值模拟研究一直十分活跃，这些研究也是聚变能开发研究的重要组成部分。归结起来，对约束的实验研究，包含如下内容： （1），对总体等离子体能量约束时间的定标律研究： 无论是磁约束聚变实验装置，还是未来的聚变反应堆，约束问题都不是单纯的输运问题。托卡马克等离子体是一个很复杂的物理系统。托卡马克等离子体在最“平静”的状态下，也存在一些重要磁流体活性，它们不会使整体约束失去，但仍然影响总体约束性质。例如等离子体中心区域存在所谓的“锯齿”活性，使q=1 磁面内部的能量和粒子不断地通过间隙性(intermittent) 脉动过程（pulsation）而传送到 q=1 磁面的外部；在边缘区...