HL-2A装置等离子体可见光成像系统的组建及其在位形识别上的应用

为了对HL-2A装置等离子体放电过程提供直观的观测，我们研制了一项新的诊断手段，即等离子体可见光成像系统(TTV)，这种诊断是近年来发展的先进诊断和测量方式，目前在国外托卡马克装置上得到了广泛的应用，而在国内托卡马克装置上则是首次采用。     

HL-2A装置等离子体可见光成像系统

在HL-2A装置上研制了等离子体可见光成像系统,用于孔栏、偏滤器位形放电的诊断。该成像系统由彩色摄像机、观察窗和转向镜、广角收集和准直透镜组、采集卡和计算机组成。本文描述了系统的布局和各部件参数的匹配,报道了观测到的实验结果。等离子体成像系统能监视放电的整个过程,实时显示可见光辐射图形,特别在识别孔栏与偏滤器位形放电的诊断中发挥了重要作用,成为HL-2A装置放电的重要诊断手段。     

8 mm微波反射成像系统准光结构

微波反射成像（MIR）是等离子体湍流扰动诊断中的一种重要手段，它注重于测量高时空分辨力的二维/三维分布，实现等离子体空间湍流结构的可视化实时观测，以获得更为准确的物理信息。针对等离子体诊断要求，结合托卡马克HL-2A装置的参数,对具有准光结构的8 mm微波反射成像系统进行了理论计算和仿真设计，设计出一套准光系统，为指导微波反射成像的系统设计奠定基础。     

从大气压到超低气压范围的氦等离子体发射光谱的基本特性

采用三种实验装置(介质阻挡放电装置、空心阴极放电装置和彭宁放电装置)分别测量了不同压强范围内氦等离子体的发射光谱。通过对氦等离子体发射光谱的分析,已观察到一个共同的特点,就是在三种放电条件下产生的氦等离子体中31P1→21S0的谱线强度总是最强,可以推测亚稳态氦原子的含量相当显著,但不同的装置也有不同的特点,介质阻挡放电装置能够产生准辉光放电,谱线中氦原子的谱线强度很低,而空心阴极放电与彭宁放电装置能够产生稳定均匀的等离子体,且发射足够强的光辐射。我们已对所拍摄的光谱的谱线都进行了辨认,所有结果表明原子发射光谱分析法是研究不同条件下氦等离子体状态的一种十分有效的手段。     

10-2～105 Pa气压范围的氦等离子体光谱分析

采用三种实验装置(介质阻挡放电装置、空心阴极放电装置和彭宁放电装置)分别测量了不同压强范围内氦等离子体的发射光谱.通过对氦等离子体发射光谱的分析,已观察到一个共同的特点,就是在三种放电条件下产生的氦等离子体中31P1→21S0的谱线强度总是最强,可以推测亚稳态氦原子的含量相当显著,但不同的装置也有不同的特点,介质阻挡放电装置能够产生准辉光放电,谱线中氦原子的谱线强度很低,而空心阴极放电与彭宁放电装置能够产生稳定均匀的等离子体,且发射足够强的光辐射.我们已对所拍摄的光谱的谱线都进行了辨认,所有结果表明原子发射光谱分析法是研究不同条件下氦等离子体状态的一种十分有效的手段.     

HL-2A托卡马克送气成像研究

送气成像(gas puff imaging，GPI)是一种重要的研究边缘辐射诊断手段.分析了送气(gas puffing，GP)的原子分子过程，指出气体辐射的主要成分是Hα线，出现在边缘区域，并给出其强度和位置的表达式.介绍HL-2A托卡马克上GPI成像系统的改进和实验布置.从成像的角度获得了GP实验中氢气在等离子体空间的辐射图形，观察结果证实上述分析.在放电开始阶段，氢原子可以穿越待建立的完全等离子体区并形成长条形的辐射亮区.一般的GP加料中，CCD图片与控制信号，以及其他诊断结果相符合.在等离子体边缘区域强场侧(HFS)和弱场侧(LFS)都观察到很强的Hα线辐射. 关键词： 送气 CCD成像 Hα线     

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在HT-7装置上建立了一套高速CCD可见光成像诊断,测量了边界等离子体的可见光辐射成像.在HT-7装置放电中,首次观察到在等离子体边界区域存在一条极向旋转的可见光辐射带,由CCD诊断系统得到其极向旋转的频率为858Hz.根据多道Hα阵列测量得到极向旋转频率为952Hz.多道磁探针信号测量发现,等离子体内部存在m/n=3/1的电磁模,该模的旋转频率为972Hz.从电子回旋辐射诊断系统得到的电子温度剖面发现该模的磁岛宽度约为2.5cm.     

应用高速CCD诊断研究HT-7装置边界等离子体旋转

在HT-7装置上建立了一套高速CCD可见光成像诊断,测量了边界等离子体的可见光辐射成像。在HT-7装置放电中,首次观察到在等离子体边界区域存在一条极向旋转的可见光辐射带,由CCD诊断系统得到其极向旋转的频率为858Hz。根据多道H_α阵列测量得到极向旋转频率为952Hz。多道磁探针信号测量发现,等离子体内部存在m/n=3/1的电磁模,该模的旋转频率为972Hz。从电子回旋辐射诊断系统得到的电子温度剖面发现该模的磁岛宽度约为2.5cm。     

HL-1M装置的真空运行与质谱诊断

通过对真空运行模式、真空运行参数、辉光放电清洗和硅化壁处理手段的规范化，显著地降低了HL－1M装置的真空壁出气、本底杂质浓度、放电杂质出气比和再循环，成功地实现了高参数放电、长脉冲放电和装置暴露大气后快速恢复放电，并为验证低混杂电流驱动、离子回旋共振加热、电子回旋共振加热、中性束注入、弹丸注入和分子束注入实验及升级等离子体运行提供了良好的壁条件。描述了HL－1M装置真空系统、壁出气和再循环、质谱诊断和程序脉冲送气等方面的主要实验成果，这些结果为HL－2A装置的真空系统研制和运行提供有益的参考。     

常压介质阻挡放电等离子体发射光谱诊断及其在材料表面改性中的应用

使用介质阻挡放电光谱诊断装置,分析了常压等离子体放电电流与放电间隙的变化关系,提出了“放电临界间隙”的概念,记录和比较了空气和氩气常压介质阻挡放电等离子体发射光谱,并运用同一元素谱线的相对强度来诊断电子温度等物理参量,以达到对材料表面改性过程的实时监控。工作的结果对常压介质阻挡放电及其在材料改性中的应用具有重要的意义。     

多功能微波等离子体教学研究装置的研制

针对目前国内等离子体技术的教学和研究远远落后于工程应用的实际情况,开发了多功能微波等离子体教学研究装置.该装置利用频率2.45 GHz的微波激励稀薄气体放电,形成轴对称的等离子体球,产生的等离子体无内部电极,可避免放电污染.同时通过微波技术、真空技术、冷却技术的集成,使该装置结构紧凑、性能稳定、性价比较高.利用该装置进行了金刚石薄膜沉积与离子体诊断实验,效果良好.     

HL-1M装置第一壁锂-硅复合涂层及其效果

在HL-1M装置上新开发出一种第一壁原位锂-硅复合涂覆技术。装置涂覆后，真空室内的真空度上升，杂质气体的分压强下降，低于单一的硅化或锂涂覆。在相同放电参数下，具有锂-硅涂层的放电与原位硅化放电相比；等离子体中的氧杂质浓度下降了30%，尤其是随着等离子体密度上升碳杂质下降得更显著；等离子体能量辐射损失降低了25%；等离子体边缘温度和密度有所降低，这表明等离子体内部约束得到改善，有原位锂-硅复合涂覆的放电结果略好于或同于单一原位锂涂覆放电的结果，但这种复合涂层能维持100余次托卡马克放电，较单一原位锂涂层维持的放电次数高一个数量级，这证明了锂-硅复合涂覆技术的优异性能。     

利用发射光谱进行常压介质阻挡放电等离子体诊断及其在材料表面改性上的应用(英文)

使用介质阻挡放电光谱诊断装置,对常压介质阻挡放电在材料改性过程中的等离子体发射光谱进行测量,记录和比较了空气、氦气和氩气常压介质阻挡放电等离子体发射光谱,并运用氩元素谱线的相对强度来诊断电子温度等物理参量,以达到对材料表面改性过程的实时监控。工作的结果对常压介质阻挡放电及其在材料改性上的应用具有重要的意义     

HL-2A装置欧姆击穿电源改造

HL-2A装置欧姆电源放电设计有两种方式：当装置放电正常、等离子体击穿电压较低时，按电流对称的逻辑无环流方式运行；而在装置刚开始投入运行，放电条件不好、等离子体击穿电压较高时，则采用非对称方式运行，即断开正向整流器组，充电控制欧姆击穿电源电容器组，串联反向整流器组对HL-2A装置欧姆变压器原边线圈放电。     

常压介质阻挡放电间隙的选择及其在材料表面改性中的应用

使用自制介质阻挡放电装置，分析了常压等离子体放电电流和放电功率与放电间隙的变化关系，提出了“放电临界间隙”的概念，并应用该装置对PBT熔喷非织造布进行表面改性，讨论了放电间隙和放电气体等因素对改性效果的影响．     

铝平面调制靶的点投影静态诊断实验

针孔辅助X射线点投影成像是一种新兴的激光等离子体诊断技术。已经在神光Ⅱ装置第9路上开展了演示实验，验证这一诊断方法的可行性。为了将这一诊断方法逐步实用化，最终用于界面不稳定性实验研究中，开展了铝（Al）调制靶的静态成像实验。     

大气压射流等离子体放电特性及其灭菌效果

 介绍了一种同轴电极的射流等离子体发生装置,可以直接在大气中将生成的氦气辉光放电射流等离子体喷出进行杀菌消毒,无需反应容器和真空系统,并从电压、频率、流速等方面讨论了该同轴等离子体发生器的放电特性。在稳定的放电条件下,利用实验装置进行了大气压下的等离子体灭菌实验,验证了本装置在等离子体灭菌应用上的可行性和易操作性。灭菌结果表明：在最初的2 min内,细菌减小趋势明显,3 min后细菌几乎全部消亡。     

脉冲微放电发射光谱用于合金样品元素分析

利用大气压脉冲微放电剥蚀源对铝合金进行光谱分析。该针板结构微放电装置具有价格低廉、操作便捷、分析快速等特点。脉冲放电能瞬间注入极大的放电能量,不致使样品融化,进而保证放电的稳定性。在几微秒的时间内,对钨针电极施加近-4 000 V的高压,电极间迅速形成放电通道,针尖和样品之间形成高达20 A的电流,造成对样品的剥蚀,并对被剥蚀的粒子进行激发。单次放电脉冲注入能量约为8.5 mJ,能量以电流的形式传递于放电电极。剥蚀形貌图表明放电微等离子体局域在电极间隙,针尖轴向上的能量传递和电流密度远高于离轴区域。为了深入研究剥蚀机制和物理性质,对等离子体源的电学特性进行了讨论。通过精确的时序拍摄技术观测了等离子体的演化过程,从ICCD相机的快速成像结果可以看到等离子体源寿命与脉冲高压放电源的脉宽相当,发光强度与放电电流变化趋势相吻合。与光谱分析装置相连接,脉冲微放电剥蚀源可有效激发合金样品中的铝、镁、锰、铜等元素原子谱线。对放电过程等离子体光谱特性进行考察,利用玻尔兹曼斜线法和Stark展宽法计算等离子体电子温度和电子数密度,分别得到过程中等离子体电子激发温度约6 700 K,等离子体电子数密度约1017 cm-3量级,并验证了放电处于局域热平衡状态。探究其定量分析性能,结果表明该脉冲微放电等离子体直接作为一种光谱分析源可实现对铝合金样品快速定量分析。     

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利用硬X射线诊断监测逃逸电子,研究了HT-7装置放电初始阶段不同等离子体初始密度对逃逸电子产生过程的影响。实验结果表明,提高等离子体初始密度能有效地抑制逃逸电子的产生。     

提升等离子体初始密度抑制逃逸电子的实验研究

利用硬X射线诊断监测逃逸电子,研究了HT-7装置放电初始阶段不同等离子体初始密度对逃逸电子产生过程的影响。实验结果表明,提高等离子体初始密度能有效地抑制逃逸电子的产生。