The effects of negative bias on the turbulence and particle transport in edge plasma of J-TEXT tokamak are addressed in this work. An obvious decline in the turbulent particle transport is observed when the bias voltage reaches −200 V. The suppression time of turbulence intensity after the bias turned on is very short (<200 μs), much less than the reconstruction time of equilibrium electric field Er (several milliseconds), which signifies that the turbulence suppression cannot be attributed to the decorrelation effect of mean Er × B shear flow. Analysis of the radial wavenumber (kr) spectrum of the floating potentials at the edge plasma shows that when increasing the bias voltage, the amplitude of wavenumber spectrum decreases monotonously. Whereas, only when the bias voltage reaches a threshold (−200 V), the kr corresponding to the peak of the spectrum (i.e. kr,peak) shifts toward more negative values, followed by the suppressions of turbulence intensity and particle transport. Meanwhile, the Reynolds stress is found to be reduced and the tilt of turbulent eddy structures is verified in this experiments. The results are in agreement with the spectral shift model (Staebler et al 2013 Phys. Rev. Lett.110 055003), which indicates the turbulence suppression in short time is due to scattering turbulence energy to the high kr region where the energy is easy to dissipate.
本研究では、J-TEXTトカマクの周辺プラズマにおける乱流と粒子輸送に対する負バイアスの効果を扱う。バイアス電圧が−200 Vに達すると、乱流粒子輸送の明確な低下が観測される。バイアス投入後の乱流強度の抑制時間は非常に短く（<200 μs）、平衡電場Erの再構成時間（数ミリ秒）よりもはるかに短い。これは、乱流抑制が平均的なEr × Bシア流の非相関効果に起因するものではないことを示している。周辺プラズマにおける浮遊電位の径方向波数（kr）スペクトルの解析から、バイアス電圧を増加させると波数スペクトルの振幅が単調に減少することが示される。一方、バイアス電圧が閾値（−200 V）に達した場合のみ、スペクトルのピークに対応するkr（すなわちkr,peak）がより負の値へシフトし、それに続いて乱流強度と粒子輸送の抑制が起こる。同時に、この実験ではレイノルズ応力の低減が確認され、乱流渦構造の傾斜が検証された。これらの結果は、スペクトルシフトモデル（Staebler et al 2013 Phys. Rev. Lett.110 055003）と一致しており、短時間での乱流抑制は、乱流エネルギーが散逸しやすい高kr領域へ散乱されることに起因することを示している。