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HT-7

HT-7. Proposal for HT-7 2007 spring experiment. Long distance coupling between lower hybrid wave and plasma LHCD Group 本实验提案得到六室高翔老师 , 罗广南老师 , 王小明老师 , 远红外课题组和诊断 ( 林士耀 , 徐国盛等 ) 的大力帮助和支持 欢迎感兴趣的同志参与该实验. HT-7. OUTLINE.  实验目的  实验背景 实验方法 预期结果. HT-7. MOTIVATION.

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  1. HT-7 Proposal for HT-7 2007 spring experiment Long distance coupling between lower hybrid wave and plasma LHCD Group 本实验提案得到六室高翔老师,罗广南老师,王小明老师,远红外课题组和诊断(林士耀,徐国盛等)的大力帮助和支持 欢迎感兴趣的同志参与该实验

  2. HT-7 OUTLINE •  实验目的 •  实验背景 • 实验方法 • 预期结果

  3. HT-7 MOTIVATION • To investigate the effect of distance between plasma and LHW antenna on wave-plasma coupling • To investigate the effect of mismatch of plasma shape and LHW antenna on lower hybrid wave coupling • Try to solve this problem by gas puffing near the LHW antenna • To analyze the plasma behavior under these two conditions NOTE THAT this experiment is a pre-performance for EAST

  4. HT-7 耦合条件 • LH波的可耦合条件： 在天线发射面处应满足： wp≥w0 forf0=2.45GHz 要求：ne≥ ne,cut-off =7.44x1010cm-3 最佳耦合条件： ne≥n//2xne,cut-off =2.96x1011cm-3 (n//=2.0)

  5. 实验背景 HT-7 ne,grill=3.6*1017m-3(d=1.0cm, SOL=1.0cm, ne,LCMS=1.0 *1018m-3) ne,grill=2.2*1017m-3(d=1.0cm, SOL=1.5cm, ne,LCMS=1.0 *1018m-3) ne,grill=4.6*1016m-3(d=3.0cm, SOL=1.0cm, ne,LCMS=1.0 *1018m-3) ne,grill=1.05*1017m-3(d=1.3cm, SOL=0.5cm, ne,LCMS=1.5 *1018m-3) HT-7目前低杂波天线与主等离子体的距离为1.0cm. 以上计算可以看出：当dcp>3cm时，天线处的密度negrill < necutoff，耦合变差。

  6. HT-7 实验背景 在ITER和EAST上，低杂波天线与主等离子体必须保持一定远的距离dcp，以减少天线上的热负荷，减少等离子体与天线的相互作用。例如ITER在燃烧阶段，dcp>15cm。很明显，在这个位置上等离子体密度小于低杂波的截止密度necut_off(necut_off =3x10 17m-3 for 5GHz),而低杂波只有在等于或大于截止密度时才有好的耦合效率，低的反射率。在未来的EAST上也会遇到同样的问题。

  7. HT-7 实验背景 理论研究表明天线端口附近的等离子体密度及其梯度是影响耦合效率的决定性因素。如果等离子体形状（最外层封闭磁面）与低杂波天线端口的形状基本吻合（即具有同样的曲率半径），则整个低杂波天线端口处于同一个磁面上，各处的密度相等，即反射系数基本差不多。在偏滤器位形等离子体（EAST）放电时，等离子体形状会经常发生变化，以致于等离子体形状很难与低杂波天线的曲率半径保持一致。等离子体形状的改变，导致等离子体的曲率半径亦发生变化，使得不同位置的磁力线长度不同，导致天线端口密度的不均匀性，使得各子波导的反射系数不一样。这种不平衡的反射使得低杂波在天线端口形成多次反射，影响波与等离子体的耦合。况且，距离太大，可能会导致天线端口的密度低于截止密度，增加低杂波的反射。

  8. 实验背景 r (cm) 28.0 27.0 26.0 25.0 24.0 23.0 22.0 HT-7 d (cm) 2.0 2.046 2.094 2.146 2.202 2.226 2.328

  9. HT-7 实验背景---JET

  10. HT-7 实验背景---JET

  11. HT-7 实验背景-Tore Supra

  12. HT-7 解决途径 为了解决由于曲率半径不匹配而引起的多次反射、以及等离子体与天线端口的长距离耦合，在低杂波天线端口处充入可电离的气体，尽可能在天线端口处得到尽可能均匀的等离子体密度，且使其满足ne,grill, > ne,cut-off, 以提高波与等离子体的耦合效率。 目前来说,普遍采用 CD4,低的电离能(9.8eV),又不影响等离子体约束

  13. HT-7 The plasma horizontal displacement was moved from dx=-3.6 to dx=-6.4 shot by shot

  14. HT-7 the density increased due to the CD4 injection

  15. HT-7 Reflection coefficient with and without gas puffing

  16. HT-7 实验失败的可能原因: 气体的流量可能太大 改变等离子体水平位移对最外磁面的影响 CD4能否被电离? 实验条件 Ip=140kA Ne=1.0 PLHW=300kW~500kW 稳定重复的等离子体放电

  17. HT-7 实验准备 喷气结构：安装在低杂波天线的周围。

  18. HT-7 实验方法:—— II （1）通过移动极向活动限制器来改变等离子体半径和改变等离子体水平位置来改变距离dcp; （2）观察改变等离子体半径时上、中、下三排的反射系数； （3）通过喷气结构对天线周围喷射（gas puffing）CD4气体，再重复（1）、（2）的实验. 关键问题:如何确定多大的气体流量最合适(需要摸索) 希望需要配合的诊断： Te(r,t), Ti(r,t), Ne(r,t),HX(r,t), SX(r,t), W(t), li(t), AXUV(r,t), Ha ,LP

  19. HT-7 实验方法:——I 通过移动活动限制器来改变低杂波天线和等离子体的距离dcp； 通过喷气结构对天线周围喷射（gas puff）CD4气体来提高天线附近局部的密度； 用静电探针测量边界的等离子体密度(分布); 测量低杂波的反射系数RCLH ; 分析充气状态下的等离子体行为.

  20. HT-7 实验预期结果 通过对天线周围喷射CD4气体来提高天线附近局部的密度， (1)看到低杂波与等离子体长距离耦合时反射系数RCLH的减小； (2) 改善等离子体形状与低杂波天线不匹配时波与等离子体耦合状况； 可能得到LHCD情形下改善等离子体约束的一种新的途径； 有望为解决将来偏滤器位形的EAST长距离耦合和因改变等离子体形状而引起的波与等离子体耦合问题进行探索和积累经验。

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