離子回旋頻率波加熱下的EAST等離子體鋸齒行為研究

溫曉東 徐立清 胡立群 劉海慶 段艷敏 儲(chǔ)宇奇 鐘國強(qiáng) 張 偉 張新軍 麥晁瑋

1（中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所 合肥 230031）

2（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院科學(xué)島分院 合肥 230026）

鋸齒振蕩是一種在托卡馬克等離子體芯部出現(xiàn)的宏觀不穩(wěn)定性，可通過等離子體中的電子溫度、電子密度和其他等離子體參數(shù)觀測到，1974年首先在ST托卡馬克（Spherical Tokamak）中的軟X射線診斷信號(hào)中發(fā)現(xiàn)［1］。鋸齒模一方面有利于排除芯部的雜質(zhì)，這種能力在未來的核聚變裝置如聚變堆中可以用于排除氦灰；另一方面，長周期鋸齒引起的磁島種子有可能激發(fā)新經(jīng)典撕裂模（Neoclassical Tearing Mode，NTM）［2］，NTM不穩(wěn)定性會(huì)限制等離子體的比壓β值，不利于托卡馬克等離子體高性能約束的實(shí)現(xiàn)，所以鋸齒控制是實(shí)現(xiàn)托卡馬克等離子體高性能約束的重要課題。目前，國際上托卡馬克裝置中用于控制鋸齒行為的方法主要使用電子回旋電流驅(qū)動(dòng)（Electron Cyclotron Current Drive，ECCD）［3-4］、中子束注入（Neutron Beam Injector，NBI）［5-6］、離子回旋共振頻率波加熱（Ion Cyclotron Resonance Frequency，ICRF）［7-9］。然而，在未來大型托卡馬克聚變裝置中，NBI主要起到延長鋸齒周期的作用，對(duì)減少鋸齒周期的作用一般［10］。所以，未來的聚變堆中控制鋸齒行為主要使用ECCD和ICRF兩種手段。ICRF作為一種輔助ECCD的控制鋸齒的手段能直接改變擾動(dòng)勢能［8-9］，利用ICRF的快離子機(jī)制可以更好地抵消掉未來氘-氚聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的α粒子對(duì)鋸齒的影響，同時(shí)減輕使用ECCD控制鋸齒的耗能負(fù)擔(dān)［11］。在EAST托卡馬克裝置上，使用ECCD［12］、低 雜 波（Low Hybrid Wave，LHW）［13］、NBI［14］控制鋸齒行為的實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)的分析已經(jīng)比較成熟，但是關(guān)于ICRF控制鋸齒行為方面的實(shí)驗(yàn)分析仍然相對(duì)缺乏。因此，在EAST上展開ICRF控制鋸齒的實(shí)驗(yàn)研究十分必要，這可以為未來在國內(nèi)新一代的聚變裝置中實(shí)現(xiàn)鋸齒控制積累更先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

本文使用軟X射線（Soft X-ray，SXR）診斷［15］作為研究工具，通過等離子體軟X射線的強(qiáng)度線積分信號(hào)和剖面分布曲線來研究在ICRF加熱下鋸齒周期等參數(shù)的變化。使用中子注量檢測診斷系統(tǒng)［16］觀察ICRF加熱下中子注量率的變化。使用偏振干涉儀（Polarimeter-interferometer，POINT）［17］結(jié)合平衡反演算法（Equilibrium Fitting Algorithm，EFIT）計(jì)算出ICRF加熱下的等離子體中電流密度分布［18］的變化。本文中分析的所有數(shù)據(jù)均是在ICRF在軸沉積加熱下，在等離子體電流平穩(wěn)段獲取的數(shù)據(jù)。

1.2 統(tǒng)計(jì)原理

鋸齒周期和鋸齒幅度的特征如圖1所示，鋸齒崩塌前時(shí)刻t1處的SXR強(qiáng)度減去崩塌后時(shí)刻t2處的SXR強(qiáng)度之差為鋸齒幅度值，相鄰兩個(gè)鋸齒崩塌后時(shí)刻t2和t3的間隔為鋸齒周期。軟X射線強(qiáng)度及其分布是由等離子體中的溫度、密度和雜質(zhì)決定的，所以，可以使用SXR的強(qiáng)度分布近似表示等離子體壓強(qiáng)分布［19］，在鋸齒崩塌前一時(shí)刻，等離子體芯部的壓強(qiáng)較為峰化，在鋸齒崩塌后一時(shí)刻，等離子體芯部的能量往芯部外輸運(yùn)，此時(shí)芯部的等離子體壓強(qiáng)變小，q=1面外的壓強(qiáng)值升高，q=1面處的壓強(qiáng)保持不變，所以q=1面半徑的確定方法如圖2所示，在鋸齒崩塌前后各某一時(shí)刻得到SXR的剖面曲線上，兩者交點(diǎn)的平均值即鋸齒反轉(zhuǎn)面半徑（即q=1面的半徑）［20］。在得到q=1面的半徑后，SXR強(qiáng)度剖面曲線在該半徑位置處的斜率即為q=1面處的等離子體壓強(qiáng)梯度。

圖1 EAST等離子體芯部鋸齒振蕩的軟X射線（SXR）強(qiáng)度ISXR t1和t2分別表示鋸齒崩塌前后的時(shí)間點(diǎn)，t3表示下一個(gè)鋸齒崩塌后的時(shí)間點(diǎn)Fig.1 Core soft X-ray (SXR) intensity ISXR of plasma with sawtooth oscillation in the EAST device. t1 and t2 are the time point before and after sawtooth crash, respectively, and t3 is the time point just after the next sawtooth crash

圖2 鋸齒崩塌前后SXR剖面分布曲線（橫坐標(biāo)是EAST橫截面上的Z方向）Fig.2 The SXR profile curve of the moment just before and after the sawtooth crash (the X-coordinate is the Z-direction on the cross section of EAST)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

2.1 ICRF加入對(duì)鋸齒周期等參數(shù)的影響

2.1.1 鋸齒周期

在#111906炮中，可看到ICRF對(duì)鋸齒周期的影響。由圖3（a~c）可知，該典型炮的實(shí)驗(yàn)參數(shù)為等離子體電流Ip為400 kA，電子密度Ne為5×1019m-3，電子溫度Te為2.5 keV。圖中虛線表示ICRF加入的時(shí)刻。圖3（d）中，總功率為0.8 MW的ICRF（圖中的ICRF1和ICRF2分別指的是從EAST的I窗口和N窗口加入的ICRF的功率）在2.6 s左右加入，從圖3（g）可以清楚地看到，鋸齒形態(tài)隨著ICRF的加入，在2.6 s后發(fā)生了明顯的變化。圖4（a）中，ICRF加熱階段，鋸齒周期從之前穩(wěn)定的15 ms左右延長到接近25 ms。由此可見，ICRF注入對(duì)鋸齒起到了致穩(wěn)的作用，與文獻(xiàn)［21］中的鋸齒致穩(wěn)現(xiàn)象類似。

圖3 EAST#111906炮中軟X射線強(qiáng)度以及中子注量率等參數(shù)隨著ICRF加熱的變化(a) 等離子體電流時(shí)序變化曲線，(b) 電子密度時(shí)序變化曲線，(c) 電子溫度時(shí)序變化曲線，(d) ICRF功率時(shí)序變化曲線，(e) 中子注量率時(shí)序變化曲線，(f) 含有鋸齒振蕩的SXR強(qiáng)度信號(hào)時(shí)序變化曲線，(g) 是(f)中小框的含有鋸齒振蕩的SXR強(qiáng)度信號(hào)放大圖Fig.3 Changing curve of the soft X-ray intensity and neutron yield flux and other parameters of the EAST device #111906 shot under ICRF heating: time sequences curve of (a) plasma current, (b) electron density, (c) electron temperature, (d) the ICRF power, (e) neutron yield flux, and (f) soft X-ray intensity and (g) zoomed figure of the signal in the rectangular box in (f)

2.1.2 鋸齒幅度和q=1面處等離子體壓強(qiáng)梯度

由圖4（b、c）可見（圖中虛線表示加ICRF的時(shí)刻），加入ICRF后，鋸齒幅度和q=1面處等離子體壓強(qiáng)梯度在整體上都呈現(xiàn)出增加的趨勢（加入ICRF之前鋸齒幅度整體一半時(shí)刻都在0.15以下，加入ICRF后幾乎所有時(shí)刻都在0.15之上；加入ICRF之前，等離子體壓強(qiáng)梯度值基本在1以下，加入ICRF后都在1以上），兩者的變化與鋸齒周期整體上變化趨勢一致，都隨著ICRF加入而增大。

2.1.3q=1面半徑、等離子體電流密度以及中子注量率

圖4（d）中加入ICRF后，q=1面的半徑（在橫截面Z方向上的半徑）整體都在約0.12 m附近，即加入0.8 MW的ICRF，q=1面的半徑并沒有怎么改變，考慮到安全因子剖面為：

圖4 EAST#111906炮中施加ICRF前后鋸齒周期和鋸齒幅度等參數(shù)隨時(shí)間的變化(a) 鋸齒周期變化曲線，(b) 鋸齒幅度變化曲線，(c) q=1面處等離子體壓強(qiáng)梯度變化曲線，(d) q=1面半徑變化曲線Fig.4 Sawtooth period, amplitude, and other parameter changing with time before and after ICRF heating in the EAST device # 111906 shot: variation curve of (a) sawtooth period, (b) sawtooth amplitude, (c) plasma pressure gradient at q=1 surface, (d) q=1 surface radius

和q=1面處的磁剪切為：

式中：I(r)為等離子體電流分布；r1正比于本文中q=1面的半徑。所以，q=1面半徑的改變一般都是由等離子體中的電流密度變化所引起，同時(shí)相應(yīng)地s1會(huì)改變。為了進(jìn)一步驗(yàn)證我們的SXR數(shù)據(jù)分析結(jié)果，本文在ICRF加入時(shí)刻前后各取一個(gè)時(shí)刻點(diǎn)，通過POINT結(jié)合EFIT平衡反演，得到了ICRF加熱前后等離子體中電流密度的變化剖面曲線。如圖5所示，加入ICRF后，等離子體芯部中的電流密度變化程度很?。赡苁荌CRF功率不太大原因），與q=1面半徑基本不變的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

圖5 EAST#111906炮中，ICRF加入前后時(shí)刻等離子體中總電流密度剖面，方形標(biāo)記表示沒有ICRF加入時(shí)刻的總電流密度剖面，倒三角標(biāo)記表示加入了0.8 MW ICRF后的總電流密度剖面Fig.5 Plasma current density profile of the moments before and after ICRF heating in the EAST device #111906 shot. Curve marked by squares represents the total current density before injecting ICRF, while the one marked by triangles stands for the total current density after injecting 0.8 MW ICRF

從圖3（e）可以觀察到中子注量率，隨ICRF的變化關(guān)系與鋸齒周期、鋸齒幅度和q=1面處的等離子體壓強(qiáng)變化一致，都隨著ICRF的加入而增加。目前，EAST上聚變中子份額主要由熱核反應(yīng)、束-靶反應(yīng)和束-束反應(yīng)組成，其中束-靶反應(yīng)占絕大部分份額（80%~90%），因此，聚變中子行為可以用來表征等離子體中的快離子的特性［22-23］。即實(shí)驗(yàn)中快離子隨ICRF的加入而增加。

2.1.4 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析

由§2.1.1可知，加入了0.8 MW的ICRF，可以起到致穩(wěn)鋸齒的作用，但是從§2.1.3中的結(jié)果可見，可能是ICRF功率太小，對(duì)q=1面的半徑大小幾乎沒什么影響。而ICRF控制鋸齒周期的機(jī)制主要有快離子機(jī)制［24-28］，或者是根據(jù)Pocerlli提出的鋸齒崩塌模型［29］，通過ICCD［30］等方式來改變s1，進(jìn)而影響鋸齒周期。從§2.1.3可知，ICRF加入后，快離子隨之增加，所以，實(shí)驗(yàn)觀察到的ICRF的加入致穩(wěn)鋸齒的原因很可能主要來源于ICRF加入產(chǎn)生的快離子。

2.2 ICRF功率對(duì)鋸齒周期等參數(shù)的影響

由§2.1分析可知，加入ICRF會(huì)使鋸齒周期、鋸齒幅度、q=1面處的等離子體壓強(qiáng)梯度以及q=1面半徑、電流密度、快離子在數(shù)值上有不同程度的變化。下面我們將進(jìn)一步分析，在ICRF加熱階段，改變ICRF功率對(duì)鋸齒周期等參數(shù)的影響。

2.2.1 鋸齒周期

在#109016典型炮中可以看到ICRF功率變化對(duì)鋸齒周期的影響。由圖6（a~c）可知，該炮的實(shí)驗(yàn)參數(shù)為等離子體電流Ip為400 kA，電子密度Ne為4×1019m-3，電子溫度Te為3.5 keV。圖中虛線表示N窗口停止加ICRF的時(shí)刻。如圖6（d）所示，在5.2~6.58 s期間，在EAST的N窗口和I窗口同時(shí)注入功率為0.8 MW的ICRF，總功率為1.6 MW，在6.58 s左右，N窗口ICRF停止注入，只剩下I窗口功率0.8 MW的ICRF。從圖6（g）中可見，在6.58 s前后，鋸齒的形態(tài)隨著ICRF功率的降低發(fā)生了相應(yīng)的變化。由圖7（a）可見（圖中虛線表示N窗口停止加ICRF的時(shí)刻），ICRF功率從1.6 MW下降到0.8 MW的過程中，鋸齒周期從20 ms下降到10 ms，與ICRF功率變化成正相關(guān)。

圖6 EAST#109016炮中軟X射線強(qiáng)度以及中子注量率等參數(shù)隨著ICRF加熱的變化(a) 等離子體電流時(shí)序變化曲線，(b) 電子密度時(shí)序變化曲線，(c) 電子溫度時(shí)序變化曲線， (d) ICRF功率時(shí)序變化曲線，(e) 中子注量率時(shí)序變化曲線，(f) 含有鋸齒振蕩的SXR強(qiáng)度信號(hào)時(shí)序變化曲線，(g) 是(f)中小框的含有鋸齒振蕩的SXR強(qiáng)度信號(hào)放大圖Fig.6 Changing curve of soft X-ray intensity, neutron yield flux, and other parameters of the EAST device #109016 shot with ICRF heating: time sequences curve of (a) plasma current, (b) electron density, (c) electron temperature, (d) power of ICRF, (e) neutron yield flux, and (f) soft X-ray intensity and (g) zoomed figure of the signal in the rectangular box in (f)

2.2.2 鋸齒幅度和q=1面處的等離子體壓強(qiáng)梯度

從圖7（b、c）可見，ICRF功率從1.6 MW下降到0.8 MW的過程中，鋸齒幅度從約0.8下降到0.2，q=1面處等離子體壓強(qiáng)梯度從約3.5下降到2，兩者隨著ICRF功率變化的趨勢和鋸齒周期一樣，都與ICRF功率成正相關(guān)關(guān)系。

2.2.3q=1面半徑及中子注量率（快離子）

在圖7（d）中，q=1面半徑隨著ICRF功率的下降，從約0.14 m減小到0.12 m，很可能是因?yàn)橐婚_始ICRF功率達(dá)到了1.6 MW，從而使q=1面往外移到了約0.14 m這個(gè)位置，等ICRF功率降到了0.8 MW，q=1面的半徑又回到了像§2.1一樣的0.12 m的位置，整體變化趨勢與鋸齒周期一致。

圖7 EAST#109016炮中改變ICRF功率，鋸齒周期和鋸齒幅度等參數(shù)隨時(shí)間的變化(a) 鋸齒周期變化曲線，(b) 鋸齒幅度變化曲線，(c) q=1面處等離子體壓強(qiáng)梯度變化曲線，(d) q=1面半徑變化曲線Fig.7 Sawtooth period, amplitude, and other parameters changing with time under different ICRF heating power in the EAST device #109016 shot: variation curve of (a) sawtooth period, (b) sawtooth amplitude, (c) plasma pressure gradient at q=1 surface, and (d) q=1 surface radius

快離子的數(shù)目可用中子注量率表征，從圖6（e）可知，快離子數(shù)目的變化與ICRF功率變化成正相關(guān)，與鋸齒周期變化趨勢一致。

2.2.4 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析

當(dāng)ICRF功率為1.6 MW時(shí)，q=1面會(huì)往外移，結(jié)合§2.1中加入0.8 MW的ICRF后，q=1面幾乎不變的現(xiàn)象可推測，要想使q=1面往外移動(dòng)，ICRF的功率可能至少要大于0.8 MW。隨著ICRF功率的變化，鋸齒周期與快離子數(shù)目以及q=1面的半徑大小變化趨勢一致，根據(jù)§2.1.4的分析，實(shí)驗(yàn)觀察到的ICRF的功率變化影響鋸齒周期的原因很可能主要來源于ICRF功率變化導(dǎo)致的快離子數(shù)目的變化和q=1面半徑的改變。

2.3 不同背景加熱條件下ICRF功率對(duì)鋸齒周期等參數(shù)的影響

從§2.2中知道同一炮中，ICRF加熱階段，鋸齒周期等參數(shù)與ICRF功率成正相關(guān)。為了驗(yàn)證ICRF功率對(duì)鋸齒行為的這種影響的多炮可重復(fù)性，接下來，在兩種不同背景加熱條件下觀察ICRF功率（其他實(shí)驗(yàn)條件相同，只改變ICRF功率）對(duì)鋸齒周期以及其他參數(shù)的影響。圖8是鋸齒周期、鋸齒幅度、q=1處等離子體壓強(qiáng)梯度、q=1面半徑隨ICRF功率變化的時(shí)間序列圖，不同標(biāo)記代表不同的加熱條件，圖中的虛線為各自的趨勢線。方形標(biāo)記表示只有ICRF加熱，實(shí)驗(yàn)條件為：Ip=500 kA，Ne=2×1019m-3，縱向磁場強(qiáng)度Bt=2.8 T，該條件下，我們做了5炮實(shí)驗(yàn)；圓形標(biāo)記表示同時(shí)有ICRF、LHW和電子回旋波（Electron Cyclotron Resonance Heating，ECRH）加熱，實(shí)驗(yàn)條件為：LHW均為2 MW，ECRH均為1 MW，Ip=400 kA，Ne=4×1019m-3，縱向磁場強(qiáng)度Bt=2.8 T，該條件下，我們做了8炮實(shí)驗(yàn)。

圖8 EAST不同背景加熱條件下，鋸齒周期(a)、鋸齒幅度(b)、q=1面處等離子體壓強(qiáng)梯度(c)和q=1面半徑(d)隨ICRF功率變化曲線Fig.8 Under different heating conditions in the EAST device, the curve of (a) sawtooth period, (b) sawtooth amplitude, (c) plasma pressure gradient at q=1 surface, (d) q=1 surface radius changing with ICRF power

2.3.1 鋸齒周期

由圖8（a）可見，無論是在只有ICRF加熱下，還是在ICRF+LHW+ECRH加熱下，鋸齒周期均隨著ICRF功率的增加而增加，與ICRF功率成正相關(guān)，與#109016單炮中ICRF功率變化引起的結(jié)果類似。其中對(duì)比兩種不同背景加熱條件下鋸齒周期的變化趨勢線斜率，可見只有ICRF加熱的情況下，鋸齒周期對(duì)ICRF功率變化更加敏感，也即ICRF功率占比更高的加熱條件下，改變ICRF功率，鋸齒周期變化程度更大。

2.3.2 鋸齒幅度和q=1面處的等離子體壓強(qiáng)梯度

由圖8（b）可見，無論是在ICRF加熱下，還是在ICRF+LHW+ECRH加熱下，鋸齒幅度均隨著ICRF功率的增加而增加，與ICRF功率成正相關(guān)，整體上與鋸齒周期的變化趨勢一致，與#109016單炮中ICRF功率變化引起的結(jié)果類似。對(duì)比兩種加熱條件下的鋸齒幅度隨著ICRF功率變化趨勢線，可見ICRF功率占比不影響鋸齒幅度對(duì)ICRF功率變化的敏感度。由圖8（c）可見，無論是在ICRF加熱下，還是在ICRF+LHW+ECRH加熱下，q=1面處的等離子體壓強(qiáng)梯度均隨著ICRF功率的增加而增加，與ICRF功率成正相關(guān)，整體上與鋸齒周期的變化趨勢一致，與#109016單炮中ICRF功率變化引起的結(jié)果類似。對(duì)比兩種加熱條件下等離子體壓強(qiáng)梯度隨著ICRF功率變化，可見在ICRF功率占比更低的加熱條件下，等離子體壓強(qiáng)梯度反而更高。

2.3.3q=1面半徑

由圖8（d）可見，無論是在ICRF加熱下，還是在ICRF+LHW+ECRH加熱下，隨著ICRF功率增加，q=1面半徑都會(huì)有往外移動(dòng)的趨勢，這種結(jié)果與#109016單炮中ICRF功率變化與q=1面半徑變化關(guān)系類似。其中對(duì)比兩種不同背景加熱條件下，q=1面半徑變化趨勢線斜率，可見在ICRF功率占比更高的加熱條件下，q=1面半徑對(duì)ICRF功率變化更加敏感。

2.3.4 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析

由§2.3.1的分析以及§2.2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，鋸齒周期與ICRF功率成正相關(guān)的這種關(guān)系，有多炮可重復(fù)性；圖8（a）中呈現(xiàn)出的ICRF功率占比更高的加熱條件下，鋸齒周期對(duì)ICRF功率更敏感的現(xiàn)象可能是因?yàn)榇嬖贚HW和ECRH時(shí)，等離子體電流等參數(shù)更容易峰化（這從圖8（c）也可以反映出來，明顯看到圖8（a）與圖8（c）大小關(guān)系反過來），從而1/1模更容易產(chǎn)生，鋸齒不斷地崩塌，再爬升，再崩塌，所以在ICRF+LHW+ECRH加熱方式下，即使ICRF功率達(dá)到了近3.5 MW，鋸齒周期還是偏小。

2.4 討論

由§2.1~§2.3的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析可知，與鋸齒周期變化趨勢一樣，等離子體的壓強(qiáng)梯度會(huì)隨ICRF的注入或者ICRF功率的增加而變大，這種現(xiàn)象同樣出現(xiàn)在鋸齒幅度上。鋸齒幅度可以大致反映出鋸齒崩塌時(shí)從等離子體芯部跑到q=1面外的熱流通量。這意味著，ICRF在軸沉積加熱下，ICRF的注入或者增加功率會(huì)使鋸齒周期長，大的鋸齒周期對(duì)應(yīng)著q=1面更大的等離子體壓強(qiáng)梯度，同時(shí)在鋸齒崩塌時(shí)，等離子體芯部會(huì)損失更多的能量。而且我們發(fā)現(xiàn)#111906和#109016兩炮中，雖然實(shí)驗(yàn)條件不同，但是ICRF功率同樣是變化0.8 MW的時(shí)候，鋸齒周期變化幅度都是10 ms。

本文只考慮EAST在ICRF在軸沉積加熱下，ICRF從無到有和ICRF功率變化以及不同背景加熱條件下ICRF功率變化對(duì)鋸齒行為的影響，但是ICRF影響鋸齒行為的因素還有很多。例如ICRF在軸沉積加熱下，Eriksson等［27］發(fā)現(xiàn)，在不對(duì)稱的環(huán)向波譜加熱下，ICRF發(fā)射天線電流相位不同會(huì)引起捕獲離子香蕉軌道漂移的方向不同，快離子壓強(qiáng)徑向分布也不同，從對(duì)鋸齒周期產(chǎn)生不同的影響；除了捕獲離子，在特殊速度空間分布函數(shù)形式下，通行離子也起到致穩(wěn)鋸齒的作用，甚至占主導(dǎo)作用［31］；還有離軸沉積加熱下，速度空間不對(duì)稱的快離子［32］對(duì)鋸齒行為的影響。再者，本文中ICRF變化產(chǎn)生的快離子對(duì)鋸齒行為影響機(jī)制是否與快離子速度空間分布有關(guān)，ICRF功率引起的q=1面半徑的變化是來源于局部加熱引起的等離子體電阻率變化，還是來源于ICCD［30］，或是其他因素，這些都有待在EAST上進(jìn)行更深一步的研究。

3 結(jié)語

本文主要統(tǒng)計(jì)分析了EAST上ICRF在軸沉積加熱條件下，典型炮#111906中ICRF的加入和#109016中ICRF功率變化，以及不同背景加熱條件下ICRF功率變化對(duì)鋸齒的周期、鋸齒幅度、q=1面處等離子體壓強(qiáng)梯度和q=1面半徑的影響。得到的一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：1）在軸沉積加熱下，ICRF的加入可以增大鋸齒周期，鋸齒的周期與ICRF功率成正相關(guān)的關(guān)系，并且這種關(guān)系在不同背景加熱條件下有多炮可重復(fù)性，說明未來在EAST中，ICRF作為一種控制鋸齒的手段是可行的；2）鋸齒幅度和q=1面處等離子體壓強(qiáng)梯度兩者與ICRF的變化趨勢與鋸齒周期的一致，說明鋸齒周期越大，在整體來看對(duì)應(yīng)著q=1面處更大的等離子體壓強(qiáng)梯度以及崩塌時(shí)會(huì)往等離子體芯部外面輸運(yùn)更多能量；3）改變q=1面半徑，ICRF的功率可能至少需要到0.8 MW以上；4）在ICRF功率占比更高的加熱條件下，鋸齒周期和q=1面隨著ICRF功率變化更敏感，所以在EAST上想要進(jìn)一步研究控制鋸齒周期更多細(xì)節(jié)，采用只有ICRF的加熱方案比ICRF＋LHW＋ECRH加熱方案要好；5）通過觀察ICRF的變化引起的快離子數(shù)目，q=1面半徑的變化以及鋸齒周期的變化關(guān)系，可以猜測在EAST中，ICRF在軸沉積加熱下，ICRF加入后致穩(wěn)鋸齒可能主要來源于ICRF產(chǎn)生的快離子，而ICRF功率變化引起的鋸齒周期的變化可能與ICRF導(dǎo)致的快離子和q=1面半徑的變化有關(guān)系。

作者貢獻(xiàn)聲明溫曉東：完成實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理、分析和寫作；徐立清、胡立群：指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)處理、分析和寫作；徐立清、段艷敏：提供和指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)中用到的軟X射線診斷數(shù)據(jù)以及相關(guān)知識(shí)；劉海慶、儲(chǔ)宇奇：提供POINT反演結(jié)果；鐘國強(qiáng)：提供中子注量診斷數(shù)據(jù)；張偉、張新軍：提供和指導(dǎo)ICRF數(shù)據(jù)以及相關(guān)知識(shí)；麥晁瑋：幫助和指導(dǎo)數(shù)據(jù)處理方面的方法。