球形环托卡马克装置

粒子泵出效应

EXL-50球形环上通过电子回旋加热驱动的俘获电子模湍流引发粒子泵出效应，为未来低碰撞频率反应堆的粒子输运控制提供了实验依据。

Wang, Mingyuan · Li, Jia · Bai, Yukun · Dong, J. Q. · Shi, Yuejiang · Zou, Xiaolan · 刘阿 · 庄革 · Li, H. Y. · Li, Songjian · Song, Shaodong · Sun, Tiantian · Liu, Bing · Song, Xianming · Liu, Minsheng · Yuan, Baoshan · Martin Peng, Y. K.

Nuclear Fusion 2023

技术优势

无需中心螺线管

实验在无中心螺线管的球形环上仅用电子回旋波加热实现并维持等离子体，排除了欧姆驱动和感应场对粒子输运的干扰，使观测到的泵出效应纯粹归因于ECW。

涨落可控可关断

相对密度涨落强度随ECW功率增加而增强，并在维持等离子体电流的情况下关断ECW后衰减，表明粒子泵出效应可通过外部加热功率实时调节。

输运机制明确

数值模拟证实电子温度梯度超过临界值可激发俘获电子模湍流，其增长率与实验测得的涨落强度一致，且模拟的向外粒子通量与ETG成正比，确立了TEM湍流导致粒子泵出的因果链。

应用场景

• 聚变等离子体输运：提供湍流驱动粒子输运的实验基准，用于校验输运模型。
• 托卡马克粒子控制：展示通过调节ECW功率实时控制粒子泵出，从而主动调控密度分布。
• 聚变堆芯等离子体：揭示低碰撞频率下TEM湍流对杂质和氦灰输运的影响，为反应堆芯部粒子控制提供依据。