近日，EAST大科學工程團隊孫有文三維物理課題組在誤差場鎖模研究方面取得了新進展。研究成果以“Penetration of n = 2 resonant magnetic field perturbations in EAST”和“Density scaling of error field penetration in radio-frequency-dominant heating plasmas in the EAST tokamak”為題發表在核聚變領域權威期刊Nuclear Fusion [Ren J.，Sun Y. W.，Wang H. H.，et al，Nucl.Fusion:61，056007（2021）和Ye C.，Sun Y. W.，Wang H. H.，et al，Nucl.Fusion:61，056010（2021）]，博士生任傑和葉程為文章第一作者。
由誤差場滲透引發的鎖模現象是引起电浆大破裂的重要原因之一，也是裝置高參數穩態運行面臨的挑戰之一。為此，為了闡明誤差場鎖模的物理規律，近二十年來，國際上主要的托卡馬克裝置為此開展了大量的誤差場鎖模定標實驗研究。EAST裝置自從共振磁擾動（RMP）系統建立以來，針對現時國際上誤差場鎖模研究懸而未決的問題開展了一系列誤差場鎖模相關的實驗和理論研究。課題組前期開展了EAST固有誤差場量測[Wang H. H.，et al，Nuclear Fusion:56，066011（2016）]，並通過理論自洽解釋了EAST觀測到的誤差場鎖模閾值與多物理參數之間的定標關係[Wang H. H.，et al，Nuclear Fusion:58056024（2018）；Wang H. H.，et al，Nucl.Fusion:60126008（2020）]。研究成果得到了韓國KSTAR和美國DIII-D兩大裝置的證實。
課題組在前期工作的基礎上，利用誤差場鎖模評估了EAST裝置n=2固有誤差場的大小，並詳細研究了托卡馬克电浆非線性模式耦合的現象。評估指出n=2的固有誤差場非常小，有利於裝置運行到更高參數區間。更為重要的是，在n=2誤差場鎖模引起n=1鎖模實驗中，首次直接觀測到鎖模期間非線性耦合證據（圖1）。該研究有助於共振磁擾動對邊界局域模控制的物理機理理解以及推動ITER關注的三維磁擾動高n模式下芯部-邊界控制相容物理問題的解决，同時也為未來的鎖模理論模型發展提供了方向。
與此同時，為了進一步闡明誤差場鎖模理論的適用範圍，課題組在射頻波加熱下研究了誤差場鎖模閾值與密度之間的定標關係。通過研究發現，誤差場鎖模理論可以突破歐姆能量約束時間的限制，進一步應用到更大的參數區間。為了進一步理解誤差場鎖模非線性物理過程，課題組還與大連理工大學王正汹團隊合作，在誤差場鎖模物理區間中，開展誤差場鎖模的類比工作，證實了EAST誤差場鎖模實驗中的理論分析和結論（圖2）。該研究進一步證實了EAST之前獲得的結論：托卡馬克誤差場鎖模可以在理論模型和實驗上面得到自洽的結果。這意味著可以依託理論模型評估未來托卡馬克聚變裝置的誤差場容忍度。
以上工作得益於EAST大科學裝置團隊成員間的共同合作，這些研究結果對於以後聚變堆設計以及評估聚變堆能否穩態高參數運行具有重要的科學意義和應用價值。相關研究受到國家重點研發、國家自然科學基金、國家磁約束核聚變能發展研究專項等項目的資助。
論文連結：
1.https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/abea57
2.https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/abeed5
圖1.EAST直接獲得誤差場鎖模實驗非線性耦合證據
圖2.EAST誤差場鎖模密度定標理論、類比和實驗吻合
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