核聚变工程导论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,托卡马克主要物理问题,平衡,稳定性,约束,等离子体理论的处理方法,单粒子轨道理论,经典力学,磁流体力学理论 MHD,流体物理,MHD的应用范围：等离子体的平衡、宏观不稳定性和冷等离子体中的波,等离子体动力论,统计物理,应用范围：微观不稳定性、等离子体波加热,环形磁场位形,轴对称位形,约束粒子和通行粒子,EAST磁体布局,EAST磁场位形,EAST磁场位形相关电磁测量,托卡马克平衡-,动量方程,托卡马克平衡-,力平衡方程,小半径方向力平衡,顺磁、逆磁,大半径方向力平衡,Exchange(交换)模；,负磁剪切位形的约束特点是在电子和离子的温度及密度剖面上，观测到在某一有理面附近（r/a0.,EELM-freeP(MA)Bt(T)P(MW)ne(1019m-3)MiR(m)(a/R)0.,初期的中性束注入只是使电子温度很快提高，形成一个中空的电流分布；,在装置构件上产生大的机械应力和热应力。,MiR(m)(a/R),极向磁通和极向磁场的关系,对于方型ITB，Er和的变化均发生在很窄的ITB区域内，在此区域内Er剪切很强，可减少至新经典水平，估计此时的EB剪切率EXB大于漂移微观不稳定性线性增长率。,托卡马克平衡-力平衡方程,95 nG）,好的整体约束（H98(y,2)0.,NF39,1637,通常在低功率注入条件下，三角形变对约束的影响较强，并随功率的增加此影响变弱。,经过几十年的研究新经典理论已经很成熟，但用此理论计算出来的粒子和能量的输运系数与实验值相去甚远，特别是电子的热输运系数与理论值相差约两个量级，通常将其称为反常输运。,磁通的函数称为磁面量，如,托卡马克等离子体的约束是指将等离子体的粒子和热能约束在其磁场位形中。,反常输运与能量约束时间定标律,负磁剪切位形的形成过程如下：在放电初期使环电流有一较快的上升，同时加入适当的中性束功率并形成中空的电流分布，在电流达到平顶后，再大量增加中性束功率来获得高参数等离子体。,轴对称不稳定性,等离子体截面几何参数,大半径(major radius)R,小半径(minor radius)a,环径比(aspect ratio)A=R/a,拉长比(elongation),=b/a,三角形变参数(triangularity),Plasma Shaping,EAST shaping,重要平衡量,托卡马克等离子体内存在磁面,电流磁场在一个环面上,压强,p,的梯度垂直于这一面，所以在面上,p=const,，,称为磁面,平衡方程,轴对称情况,环形等离子体的磁面,托卡马克等离子体的磁面是嵌套的环面最里面的磁面退化为磁轴,等离子体温度和密度在磁面上近似为常量,磁通函数,极向磁通,：,一个封闭环形磁面内的总的极向磁通量,极向磁通和极向磁场的关系,磁通的函数称为磁面量，如,环向磁通,22,安全因子,一条磁力线绕小截面一周后在大环方向的环绕圈数,圆截面,回转变换角,：磁力线绕大环一周后绕小圆的角度,任意截面,q=2磁面,23,安全因子,电流均匀分布，安全因子与小半径无关电流峰值分布，q(r)单调上升,共振面,：,q=m/n,为低模数有理数,M为绕环向圈数，n为绕小截面圈数,剪切,Grad-Shafralov,方程,G-S,方程分析,G-S,方程解法,等离体不稳定性概述,一个力学系统处于力学平衡状态(总的受力为零)时,如受到一个小扰动力的作用、就会等离子体偏离平衡态（plasma空间位置、粒子速度分布）。,扰动分类 在平衡态附近，扰动随时间的变化一般分成三种情况,扰动幅度随时间而减小,即阻尼扰动（秋千）;,扰动辐度不随时间变化,即稳定波动（理想秋千）;,扰动的辐度随时间而增大,即不稳定扰动,或称不稳定性.,不稳定性的能量分析,在力学平衡下系统中，小扰动会使系统的总能产生小的变化：,如果扰动使系统总能增加，则扰动能就会转变成系统的总能，扰动辐度随时间而减少，该类扰动为阻尼扰动.,如果扰动不改变平衡系统的总能量，扰动为稳定扰动，系统处于稳定波动状态。,扰动使系统进入更低的能量状态，同时系统把一部份能量传递给扰动，扰动由此随时间增长，成为不稳定扰动。,不稳定性分类,宏观不稳定性,微观不稳定性两类。,在重力场中，稳定、不稳性扰动下的能量示意图,（以此为例说明托卡马克等离子体中的扰动发展）,宏观不稳定性,定义：凡是发展的区域远大于粒子的回旋半径和德拜长度等微观尺度的不稳定性，统称为宏观不稳定性。,特性、影响：,宏观不稳定性会造成等离子体大范围的扰动，对平衡具有严重破坏作用。,宏观不稳定性的描述方法：,托卡马克的宏观不稳定性主要决定于等离子体参数、托卡马克电磁场的空间分布，可以将等离子体作为流体处理，由于等离子体在磁场中运动，其性质和描述方法不同于一般的流体。,在流体力学的框架下，托卡马克等离子体粒子体系被视为一种电磁相互作用起主导的流体，通常称为磁流体或电磁流体力学（magnetohydrodynamics MHD）,（附：MHD的应用范围：等离子体的平衡、宏观不稳定性和冷等离子体中的波）,磁流体不稳定性分类,Tokamak中主要的磁流体不稳定性分类,由不稳定增长速率区分,IMHD不稳定性（Idea MHD，不考虑等离子体电阻，阻尼小，不稳定幅度增长快）,外kink(扭曲)模；,内kink(扭曲)模；,Exchange(交换)模；,Ballooning(气泡)模；,电阻MHD不稳定性（考虑等离子体电阻，有阻尼，不稳定性幅度增长慢）,Tearing(撕裂)模,Neo-classical Tearing Mode(NTM),介于IMHD和耗散MHD之间的模,RWM(Resistance Wall Mode,电阻壁)模,由不稳定性发生的位置区分,内部模：发生在托卡马克等离子体内部，如大部分撕裂模和内扭曲模。,表面模：等离子体外部区域，如外部扭曲模、仅发生在坏曲率区的气球模。,按扰动的电磁性质分类,静电型;,电磁型;,静电、电磁混合型.,外扭曲模,由等离子体柱扭曲产生,不稳定的增长,在受扰动产生等离子体柱扭曲后，扭曲内侧的磁力大于外侧的磁力。在磁压力差的作用下，扭曲幅度增大。因此，等离子体柱不稳定，朝着放电室壁的宏观横向移动。,壁对不稳定性的稳定作用,当等离子体向壁运动时，在壁上产生涡流，由楞次作用知，涡流的作用阻止等离子体的冲向壁的扭曲运动。,当托卡马克壁为带电率无穷大的理想导体时，一些扭曲模可以被稳定。,托卡马克壁不能使用高导电率的良导体（铜、银等），涡流实际上在具有一定电阻的电阻壁上流动，此时扭曲模不能被完全稳定，但其增长率被降低，成为电阻壁模（Resistive Wall Mode，RWM）,内扭曲模,发生在托卡马克芯部（托卡马克内部），安全因子q为小值区的扭曲模。,内扭曲模没有直接导致等离子体撞壁，但产生等离子体向外径向输运，降低能量约束。,上图：平衡位置下的托卡马克芯部位形,下图：内扭曲不稳定性造成芯部等离子体移动、倾斜,扭曲模/内模的稳定区域,撕裂模的形成,磁岛位形,2/1和3/2磁岛的生成和联结,Sawtooth,Sawteeth锯齿,，波动信号为锯齿状,锯齿的基本特性,锯齿的产生机理,（相对复杂，1974年第一次发现；1986年仍然三种模型解释；现在仍不完全清晰地理解。）,大体上讲，sawteeth与内扭曲不稳定性爆发有关，发生在q=1磁面内。,锯齿的影响,在中心区造成向外径向输运，对能量约束的影响较温和；,有益的效果：将杂质驱赶出中心区，并降低辐射损失。但通过与其他不稳定模式的耦合，可以间接造成能量约束下降。,与sawteeth耦合的其他不稳定模式有：,sawteeth产生促进新经典撕裂模增长的seed island；,可以和锁模（locked mode），边缘局域模（Edge Localized Mode，ELM），外部扭曲模耦合,撕裂模,当托卡马克等离子体 值增加时，由电流、压强梯度驱动撕裂模，造成磁面撕裂、重连，由此产生磁岛,上图：,在完全导电的MHD描述下，磁面呈,嵌套,结构。,如上图：磁岛存在时，带电粒子可以沿磁B线，由磁岛内缘迅速运动到外缘，输运速率增加，能量约束时间降低。,上图：,在磁岛中，等离子体压力径向,分布平坦化,。,在MHD中考虑等离子体电阻时，撕裂模使完全导电下的,有理磁面撕裂,、,重连,，产生,磁岛,（magnetic island）。,新经典撕裂模,新经典撕裂模的产生,在新经典MHD理论描述中，新经典撕裂模的激发需要种子磁岛，这些种子磁岛由其他不稳定性（如边界局域模、湍流可以产生seed island）激发。,Seed island激发撕裂模，撕裂模导致进一步驱动磁岛宽度增长，宽度增加到一定值后饱和，此时磁岛稳定地存在于托卡马克等离子体中。,磁岛的影响,磁岛不仅增加粒子输运、降低约束，还可以驱动IMHD不稳定性，由此造成放电熄灭的大破裂。,在磁岛区，等离子体压力径向分布变平，自举电流降低；,NTM的稳定原理、方法,采用ECCD在磁岛区重建等离子体电流（在磁岛区、带电粒子沿B线来回运动，没有大环方向的电流），降低磁岛宽度，降低粒子输运，提高能量约束。,MHD不稳定性的发展,Mirnov,振荡,HT-7装置上一种特殊的Mirnov振荡,不同振荡模式的出现,锯齿振荡现象,破裂不稳定性,破裂不稳定性定义,当等离子体密度、电流、beta值等达到临界值时，磁流体不稳定性以较快的增长率、在托卡马克中大的区域中发展，等离子体等离子体撞壁，等离子体约束受到突然破坏，电流在很短的时间内降到很低值（甚至为零）。,根据破裂不稳定性的爆发位置，可分为内破裂（如sawtooth所导致）和外破裂（如external kink mode导致）。,破裂不稳定性的影响,破裂不稳定性的发生限制了等离子体参数的进一步提高。,此时大量粒子输运至第一壁，对第一壁产生破坏；在装置构件上产生大的机械应力和热应力。,典型的破裂不稳定性有：,扭曲模,撕裂模,垂直破裂事件,（Vertical Displacement Event，VDE）,也可造成破裂,破裂不稳定性,破裂及相关效应,好曲率和坏曲率,名称,性质,形态,驱动源,稳定方法,扭曲模,理想,低m,电流梯度/压强梯度,q,a,/q,0,2,q,a,m,撕裂模,电阻,低m,电流梯度,磁剪切,q,a,m,内扭曲模,理想,m=1,压强梯度,q,0,1,气球模,电阻,高n,压强梯度,好曲率,=3,10,13,cm,-3,，后来在较低的密度条件下，也能实现H-模，但要求更大的功率阈值。,H-模的产生机制,人们已经提出了几种可能产生H-模的机制,一种模型认为H-模转换可能是输运方程存在故有的双解,一种模型认为，L-H转换与边缘等离子体不稳定性的突然改变有关，此改变又与流速的剖面分布有关。例如，增加横越不稳定区的流剪切可能抑制某些不稳定性。,约束的改善首先是从等离子体边缘开始的，当加热功率接近L-H模转换的阈值功率时，边缘温度的增加使等离子体压强梯度在边缘区不断增加，温度分布在边缘区变陡，极向旋转速度在此区域明显加大，于是在此区域形成边缘输运垒ETB。,在ETB出现后，在能量约束时间尺度内，电子密度在整个等离子体区域内增加，并伴有整个等离子体通道内的约束改善。,H模放电的控制,对下一代托卡马克如ITER装置，H模已被确定为其常规运行模式。,能否在反应堆上用H模运行，还决定于改善约束的优势能否在可控的条件下实现，是否增加反应堆的等离子体杂质含量和芯部,粒子的堆积。,约束改善的H模的温度增加是不可控的，容易发生从H-L模的逆转换，且约束的改善也包括杂质约束增强，出现杂质积累。,杂质积累的影响可利用边缘局域模ELM来缓解，但又牺牲了部分的约束改善效果，特别是脉冲式ELMs的热负荷会对器壁和偏滤器造成伤害。,TFTR上的超级放电,在欧姆加热条件下通过提高密度的峰化因子可以得到改善约束的IOC放电。在强的辅助加热条件下，峰化的密度分布能进一步改善约束，且改善约束的程度很大，这对辅助加热的前景意义非常重大。,在TFTR上，利用独特的壁处理技术，在低密度下，将两束方向相反的平衡中性束注入到等离子体中，发现具有非常峰化的密度分布和低的再循环，等离子体约束改善因子比一般的H模还大，可达到3左右，聚变三乘积n,e0,E,T,i0,比L模时增大20倍，为一般边缘H模的5倍，能量约束时间随密度峰化因子而增加。Scott 95,PoP2，2299,在此种高约束模式下，进一步提高约束的限制来自磁流体不稳定性，TFTR 上超级放电的最高归一化比压达到,N,2.7，而极向比压不能超过纵横比A=R/a，主要的不稳定模式是低n外部扭曲模及气球模，表现为较软的比压极限崩塌或快破裂。,JET的弹丸增强性能H模,JET的弹丸增强性能（PEP）H模也是通过提高密度的峰化因子来改善约束，此种改善约束是在弹丸注入下得到的。PPCF36,A23,在氢丸或氘丸注入下，等离子体的压强分布剧烈峰化，其能量约束改善因子达3.8，据推测这样高的约束改善因子可能与负剪切位形有关,在能量约束改善的同时，粒子约束也得到改善。因此在密度增加时，杂质在等离子体中心积累更强，相应的辐射功率在整个H模的持续期间都增加了，致使H模在辐射功率达到加热功率的60%就被终止了。,在JET上，通过控制从X点注入氘的流量和从边缘注入适量的杂质镍以改善H模的约束性能。这种低粒子约束H模（LPCH-mode,Low Particle Confinement H-mode）Bures 92,NF32，539是在ECRH实验中得到的，其粒子约束比一般的H模至少小3倍；电子密度、氘密度和辐射功率均比H模的小，所以氘密度不会因杂质的过多积累而进一步稀释，放电可以控制在较稳定的状态下。,由于密度的减少，等离子体储能减少约20%，但这种H模可以在整个ECRH期间持续而不会被中断。由于LPCH约束模式在等离子体边缘具有较大的向内对流速度，其粒子约束行为在小半径为0.5,0.8范围内具有类L模的粒子扩散率，在边缘具有H模的输运垒。此种放电类似边缘局域模ELMs的作用，但在D,上因没有尖峰信号而具有无ELMs的H模放电特征。,DIII-D上的甚高约束模式,在DIII-D上通过对器壁进行硼化处理，使杂质内流速度降低了约一个数量级，粒子再循环也非常小，获得了一种新的比边缘输运垒位置明显内移的甚高约束模式（VH模）。PRL67，3098,VH模式是从无ELMs的H模演化来的，条件是边缘粒子源和杂质源得到很好控制。其主要特征是粒子密度和温度的陡变区域明显内移到约小半径的0.7倍处。在内部，粒子密度非常平坦而温度梯度很大。,VH一模的约束改善因子可达4以上，这种约束是瞬态的，在0.5s以后转化为通常的H模放电。这主要是杂质不断积累及低n磁流体模发展的结果，内部扭曲模的发展也可能起了作用。,VH模的输运垒仍然比较靠近边缘，结果引起较大的边缘区自举电流。这一边缘自举电流使边缘电流分布变平，通道加宽，通过实测电流和压强分布进行的气球模分析证实了稳定区的扩展，甚至将第一稳定区和第二稳定区连成一片，导致气球模被稳定化。,将实验数据代入一输运程序计算后得出，在约束模式从具有ELMs的放电到无ELMs的放电，再到VH模的整个演化过程中，粒子的扩散系数和离子的热导率一直在减少，因此等离子体储能不断增加，能量约束时间不断加大，形成了约束非常好的放电模式。,TEXTOR上的辐射改善约束模,密度在欧姆加热的能量约束定标中起主要作用，它在辅助加热的L模放电中处于次要地位，等离子体电流成了主要的定标参数。NF39,1637,辐射改善约束模（RI-模）是比L模的能量约束有较大改善的一种放电模式。在这种放电条件下，密度再次成为主要的定标参数而使约束可达到H-模放电的水平。,RI模放电是在ICRH和NBI注入条件下，加入少量的氖而形成的NF34，825，它与JET上的LPCH放电类似。,此限定词“辐射”是源于通过适量注入杂质，辐射大量的功率，形成一个冷的等离子体边缘，RI模式有助于解决聚变反应堆的排灰问题。,此种RI模与其它装置上的种子杂质注入改善约束的物理机制一样，它通过增加有效电荷数和电子密度梯度来抑制ITG输运，主要是提高了激发ITG的临界梯度和电场剪切压缩。,辐射改善约束模的主要特性,RI模放电与反应堆的要求条件是相容的,在等离子体密度接近Greenwald密度极限时，约束可达到无ELMs或有ELMs的H模水平。,边缘的辐射可达输入功率的95%,在TEXTOR-94上，RI模的等离子体比压值可达到极限值（归一化,N,=2或极向,p,=1.5）,少量的杂质注入对中子的产额影响可忽略。,在高密度条件下，等离子体的一个品质参数f,L89,/q可高达0.8，f,L89,是约束改善因子，与H因子一样。,JT-60U上的氩杂质注入改善约束,能量约束改善因子通常随密度增加而下降,在JT-60U上，为了在高密度条件下得到改善约束和增强辐射损失的放电，注入少量的惰性气体氩到ELMy H模的等离子体中，通过控制氩的送气量，可以反馈控制边缘的辐射损失功率。在n,eGnet,（P,net,是净加热功率）以内，实现了ELMy H模的稳态运行。,在较低的氩送气量下，电子密度可增加很多，边缘再循环可以一直保持较低，放电时间延长，辐射损失功率增加了10%。当n,eG,时，辐射损失功率达到了80%，H因子从没有氩注入时的1增加到1.4 Kubo,NF41,227。,杂质注入改善约束的机理,与RI模不一样，氩注入并不引起等离子体密度分布的太大变化，也就是注入前后密度分布几乎保持不变,在JT-60U上，在氩注入下整个等离子体通道内的电子和离子的温度都增加了，约束在中心和边缘都得到了改善,由于在高密度条件下，氩的注入可改善边缘约束，为此人们认为不同的边缘结构，如较高的边缘离子温度，可能是影响中心区约束的一个因素。也有人认为杂质的注入削弱了离子温度梯度模，由此改变了等离子体的约束模式。,在反剪切位形放电条件下注入氖到偏滤器区，得到辐射损失分额大于0.8的高约束状态（H,89PL,2），此时的n,eGG,，H因子为1.6，辐射损失率为0.7。氖的注入使内部输运垒增强，约束改善。,DIIID上的EDA H-模改善约束,DIII-D上的EDA(Enhanced D-Alpha)H-模是一种无边缘局域模的放电 Greenwald 2000,PPCF 42,A263,在无ELM的H模放电中，存在杂质积累问题。杂质的积累使中心辐射功率增加，约束易于退回到L模状态。,在EDA放电中，通过增加边缘密度扰动，使杂质约束变坏，但能量约束仅比无ELMs的H模减少了10%。,在P,rad,/P,in,1.2时，在EDA期间可观察到小的ELMs活性。,出现EDA放电的条件是中心压强很高（或大的等离子体密度），q,95,3.5，三角形变因子在0.35,100 kHz,k k,分类：静电微观不稳定性,电磁微观不稳定性,分组,不稳定性,自由能源,离子不稳定性,i,模,T,i,梯度,电子漂移波,n,e,梯度,耗散约束电子模,T,e,梯度,电子不稳定性,无碰撞约束电子模,T,e,梯度,e,模,T,e,梯度,电磁漂移波,n,e,梯度,类流体不稳定性,电阻气球模,P梯度,电流扩散气球模,P梯度,影响托卡马克输运的主要不稳定性,模是一种离子温度驱动模,ITG,，,环形装置中湍流的粒子模拟,带状流（Zonal flow）在L-H转换中的作用,反常输运与能量约束时间定标律,在实验中，由于对反常输运系数的预测不是很准确,常常采用能量约束定标律来预测整体约束时间。这些定标律因受到对约束机制的理解而只能得到一些随等离子体工程参数的不同定标关系，还不能得到一种描述各种约束状态的统一物理定标规律。,此外，由于受到某些基本参数测量的限制，如Z,eff,和P,rad,值的测量精度，使得定标律在描述实际等离子体约束时会出现偏差。,还有如建立定标律时，其数据库的准确性、完备性等都会影响定标律的可信性和普遍性。但在探索和描述复杂的等离子体约束行为时，定标律也不失为一种可用的参考数据，且通过对某些定标律的理解，人们还是可以得到一些对等离子体约束机理的理解。,最常用的欧姆和辅助加热能量约束定标,欧姆加热条件下的Neo-Alcator能量约束定标律,E,10,-6,R(cm)a(cm)n,e,(10,13,cm,-3,)q,a,0.5,辅助加热下L-模放电的Kaye-Goldston能量约束定标律,E,10,-5,I,P,(kA)R(cm)a(cm)n,e,(10,13,cm,-3,),B,t,(T)P,in,(MW),描述ITER L-模放电的ITER89-P能量约束定标律,E,ITER89-P,P,(MA)R(m)a(m)n,e,(10,14,cm,-3,),B,t,(T)P,in,(MW),A,i,常用的具有ELMy H-模的ITER98热能约束定标率,th,98y2P,(MA)B,t,(T)P(MW),n,e,(10,19,m-3)M,i,R(m)(a/R),0.78,上式定标的物理描述为,ITER装置的H模能量约束定标律,有ELM的H-模ITER98-P定标律ITER99，NF39,2204,E,ELMy,P,(MA)B,t,(T)P(MW)n,e,(10,19,m,-3,),M,i,R(m)(a/R),上式的物理定标律为：,无ELM的H-模ITER98-P定标律,E,ELM-free,P,(MA)B,t,(T)P(MW),n,e,(10,19,m,-3,)M,i,R(m)(a/R),0.68,上式的物理定标律为,ITER的约束定标与实验数据,边缘局域模的特性,对于改善边缘约束的H模，一种显著的伴随现象是出现边缘局域模（ELM）Doyle 07，NF47，S90。,其主要表现为H,（D,）信号上重复出现的尖脉冲信号，它属于一种特殊的非线性磁流体不稳定性。,对此不稳定性的进一步研究后，人们认识到此种非线性现象具有多种形式，也存在无ELM的H-模。,在ELM发生过程中，从边缘区排出一定的能量、粒子、杂质，ELM使约束变坏，无ELM的H模有更高的H因子。,无ELM时，由于杂质离子总是比氢（氘）离子的约束更好，造成杂质在中心区域的积累，聚变反应率下降；杂质辐射损失加大，电子温度剖面改变，使H模放电终止。,若存在ELM的H模，由于ELM不断排出进入边缘的杂质，在较好的平衡控制下，H模放电可以维持更长时间。,等离子体压强径向分布示意图,第一类边缘局域模的特征,对于具有ELMs的H模放电，可以将其分为好几类。,第一类(type I)ELMs 的频率f,ELM,随加热功率P,in,的增加而增加，没有磁先兆信号，但在此ELMs以前有很长的磁场和密度的涨落信号增加的过程。,理想气球模分析显示，在等离子体边缘总是接近稳定区的极限。在D,信号上，type I ELMs 表现为独立的一系列尖峰信号。,当外加功率超过1.5-2倍LH模转换阈值功率时，很容易观测到type I ELMs,在更低的输入功率或者高密度下，type I ELMs将被后面所述的type III ELMs代替,第二类边缘局域模的特征,第二类ELMs是等离子体参数处于气球模第I和II稳定边界区的交汇处，f,ELM,不依赖于P,in,，无磁先兆信号，其主要特征是高的台基压强与高频的无规则的小ELMs同时共存。,研究type II ELMs的兴趣起因于其等离子体的整体特性：爆发ELMs时的瞬时功率负荷极大地下降，高的稳态密度（0.85-0.95 n,G,）,好的整体约束（H,98(y,2),0.95，与type I ELMs比较，约束下降小于10），无杂质积累。,Type II ELMs并不引起台基温度和密度分布的可观测变化，因此，原则上与ITB是相容的。,第三类边缘局域模的特征,第三类ELMs的频率随P,in,的增加而减少，出现了磁先兆信号，它可描述ELM的发展过程。,当放电开始时，等离子体边缘的压力梯度远低于理想气球模极限，当加热功率P,in,增加到LH模转换的阈值功率P,th,时，出现了第三类ELMs，且f,ELMs,随P,in,的增加而减少。,随着功率进一步增加，ELMs消失，出现无ELMs的H模。,在更高的P,in,时，type I ELMs 出现，其f,ELMs,随P,in,的增加而增加。,与type I ELMs比较，第三类ELMs放电具有更高的ELM频率，每次ELM的功率损失更小，但是能量约束变差1030。,第五类边缘局域模的特征,在低纵横比的NSTX装置上，在台基压强高于type III的ELMs时，观测到小的快速的ELMs，被叫做type V的ELMs，其密度趋向于缓慢增加。,其能量约束与无ELM的H模比较仅有微弱的下降，NSTX上H-模的台基区域碰撞率大于1。,在JT60U装置上的高三角度、高极向比压的负磁剪切放电中，观测到类似于type II的草丛型ELMs，它的台基压强比第一类ELM的H模要高，并没有观测到台基参数分布的变化，只引起很低的连续功率损失。,其它改善边缘约束的模式,在一些聚变装置上还观测到一些无ELMs的H-模放电，例如，在Alcator C-Mod NF37,793装置上观测到的增强D,的H模（EDH），其突出特点是存在一个连续的准相干模（QCM）的局域高频涨落，整体约束与type I的ELMs一样，但是密度和辐射功率是稳态的。,在DIIID装置上观测到一种无ELMs的准稳态H模（QH），它的约束类似于type I的ELMs；在QH模放电中，观测到一种边缘谐波振荡（EHO）模式，它比QCM具有更长的波长和更低的频率。,在JFT-2M装置上，还观测到无ELMs的高再循环稳态（HRS）H-模放电，其特征与EDH放电相似，通过边缘区域的高再循环限制了台基区域的压强梯度过度陡峭，从而避免了ELMs的发,生,ITER先进运行模式,在ITER装置的设计中，,弱剪切混合模式,和,反剪切稳态模式,是计划采用的两种先进运行模式,在通常正剪切的放电中，等离子体电流分布是中心峰化的；,在反剪切Reverse Shear放电中，等离子体电流分布是中空分布，最大值在离轴的位置上；,在弱剪切Weak Shear放电中，等离子体电流分布是在芯部的分布几乎是平坦。,等离子体约束研究的主要目的是在将来的聚变反应堆装置中获得稳态持续的高约束模放电并有效控制它。,近年来在发展和理解芯部约束改善方面已经取得了显著进步，内部输运垒和其它降低芯部输运常常在世界所有一流托卡马克装置上获得。,降低输运已经在四个输运通道（离子和电子热输运、粒子输运和动量输运）上取得，有时是同时取得，离子输运常常可降低到新经典水平。,这些降低输运的机制包括,E,B,剪切流、磁剪切反向、高,p,、粒子稳定化和杂质对湍流增长率的效应，这些机制已能成功地解释RI-模式。,这些约束改善的运行模式的快速进步对于ITER的混合和稳态运行模式的发展具有重要贡献，然而，现今装置的这些运行区域是典型的热离子模式、中等密度和具有外部动量注入的高速等离子体旋转区域，今后需要在反应堆情形下研究和实验演示高约束模式。,离子热输运现在已相对好的理解，并被认为其输运被ITG-型湍流所调制，它与理论为基础的模拟结果重复。然而，无论从理论和实验上，其它通道的输运（电子热输运、粒子和动量输运）并未相对好的理解，特别是动量输运和等离子体旋转比其它通道的输运理解更少。,使用无量纲定标方法，完成了能量约束与定标的最新任务，显示输运与没有或仅有微弱关系，与理论期望和整体数据库定标结果相反，这个不一致是一个突出的问题。,等离子体约束研究的新进展,ITER约束特性的预测,四个领先的输运模型预测在边缘台基温度3.5-5 keV范围内，ITER能取得能量增益因子Q=10的运行，能量约束时间在3.3-3.7s，具有14的误差。,ITER上具有增强芯部约束的先进运行模式正日益变成现实，实验重点是演示在反应堆条件下这种先进运行模式的相容性。,在改进物理内容及输运模型和模拟代码的可靠性方面已经取得了实质的进步，但是将来要求一个完全自洽的集成（芯部和边缘）预测能力能够精确描述所有输运通道的特性。,