托卡马克等离子体中快离子诱导的不稳定性分析

在诸如托卡马克的磁约束聚变装置中，约束高能聚变产生的氦核（$\alpha$粒子）以维持等离子体能量平衡至关重要。然而，高能离子可激发各种不稳定性，导致其径向输运增强。因此，这些不稳定性可能降低加热效率，并可能对装置上面向等离子体的部件造成有害功率负载。因而，理解这些模式是关于未来燃烧等离子体实验的关键问题。关于高能粒子（EP）驱动的不稳定性，主要开放问题之一是模式结构的非线性演化。在本论文中，我展示在ASDEX Upgrade托卡马克离轴NBI加热等离子体上升阶段观察到的$\beta$诱导阿尔文本征模（BAEs）和EP驱动测地声模（EGAMs）的研究结果。这些模式在软X射线相机的若干视线（LOSs）上清晰可见，使得分析其空间结构的时间演化成为可能。为研究径向结构，必须确定不同视线上的模式振幅。我开发了一种先进的振幅重构方法，可处理快速变化的模式频率和低信噪比。该方法基于短时傅里叶变换，在论文中广泛应用，因为它理想用于研究瞬态类波现象的时间演化。径向结构分析表明，在观测到的向下啁啾BAEs情况下，径向本征函数的变化小于测量不确定度，而在快速向上啁啾EGAMs情况下，分析显示模式结构收缩。这些实验结果显示与相应理论一致。