HL-2A装置送气和加料的脱靶特性

HL-2A装置辐射偏滤器实验采用边缘补充送气和分子束加料等方法来提高主等离子体密度,降低边缘等离子体温度、增加辐射功率分额,获得脱靶等离子体。偏滤器室内进行主动补充送气或者注入惰性气体杂质,降低偏滤器等离子体温度,获得脱靶等离子体,并首次获得了超声分子束注入产生脱靶等离子体的实验结果。利用HL-2A装置偏滤器同一极向截面内外中性化板上安装的嵌入式探针阵列和偏滤器室安装的电动探针系统,测量了偏滤器靶板上和偏滤器室的等离子体参数及其分布,并进行了相关分析和改善约束以及偏滤器脱靶等离子体运行模式下等离子体行为的研究。     

HL-2A装置初始运行阶段杂质和辐射行为的初步研究

作为国内第一个带有偏滤器的托卡马克装置，在HL-2A装置的起始运行阶段，了解等离子体中存在的杂质种类和辐射水平、评估杂质的含量以及在偏滤器位形和孔栏位形下杂质辐射行为的变化都是很重要的。在HL-2A装置的初始运行阶段，壁处理主要是采用常规的辉光放电清洗（GDC）；在偏滤器运行阶段也使用过蒸钛来减少下偏滤器室的杂质以利于偏滤器位形的建立；但未使用硅化等可能破坏初始器壁条件的壁处理手段。     

HL-2A装置偏滤器位形超声分子束注入深度观测

用22道Hα辐射测量阵列观测了HL-2A装置偏滤器位形超声分子束的注入过程。观测结果表明：在HL-2A装置偏滤器位形下,当分子束注入气源压强大于1MPa时,Hα辐射沿径向分布存在两个峰值,其第二个Ha辐射峰值位于r/a~0.8附近,表明大部分氢粒子在等离子体边缘(SOL区域)即被离解或电离,但仍有部分氢粒子沉积在分界面内5cm。     

用B2程序模拟HL-2A装置附着状态等离子体

用大型边缘多流体二维等离子体输运数值模拟程序B2模拟了HL-2A装置外偏滤器以及与之相连的刮削层内的等离子体。在不同的中心密度运行区，纯氢放电的HL-2A偏滤器可以形成不同的再循环运行模式，即线性或高再循环模式。通过控制模拟刮削层与芯部等离子体交界面处的等离子体参数，可实现对HL-2A装置再循环模式的控制。     

HL-2A装置等离子体水平位移控制

HL-2A装置是带封闭偏滤器的磁约束托卡马克实验装置，于2002年底建成并通过国家验收。2003年在各子系统准备充分和等离子体水平位移反馈控制系统投入运行后，实现了首次重复的偏滤器位形等离子体放电实验。     

HL-2A装置主机改造的初步方案

HL-2A装置自2003年首次实现等离子体单零偏滤器位形以来，运行参数逐步提高。目前获得了纵场2．7T，等离子体电流厶为410kA的结果，基本达到装置常规运行的指标。由于装置是封闭式偏滤器结构，不能形成拉长的等离子体截面，等离子体参数的进一步提高受到了限制。为了开展更深入的实验研究，装置的升级改造是非常必要的。     

HL-2A装置偏滤器室中性气体压强规的研制

HL-2A装置是我国第一个带偏滤器的托卡马克装置，偏滤器运行是一个新课题。在偏滤器研究中，偏滤器室中性气体压强的诊断与控制具有重要意义。为此，我们研制了可工作在强磁场下的快响应电离规(简称：快规)和配套真空计，对HL-2A装置偏滤器室的中性气体压强进行了测量。     

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在HL-2A 装置上优化和发展了偏滤器靶板上的红外测温系统,并利用该系统分析了高约束模放电期间边缘局域模的热沉积分布特性。在高约束模式放电期间,超声分子束注入使边缘局域模所引起的偏滤器靶板上瞬间热通量峰值下降了~60%,并伴随着边缘局域模爆发频率增加了2~3 倍,而等离子体储能仅下降了~8%。分析结果表明,大幅度的丝状结构在超声分子束注入之后得到了有效抑制,沉积到偏滤器靶板上的瞬间热通量峰值也随之下降。此外,在超声分子束注入之后偏滤器室内的热辐射损失大幅度增加,从而耗散了热输运所携带的部分能量,进一步分散了沉积到偏滤器靶板上的能量,有效地保护了偏滤器靶板。     

HL-2A 装置超声分子束注入缓解偏滤器靶板上边缘局域模热通量研究

在HL-2A 装置上优化和发展了偏滤器靶板上的红外测温系统,并利用该系统分析了高约束模放电期间边缘局域模的热沉积分布特性。在高约束模式放电期间,超声分子束注入使边缘局域模所引起的偏滤器靶板上瞬间热通量峰值下降了~60%,并伴随着边缘局域模爆发频率增加了2~3 倍,而等离子体储能仅下降了~8%。分析结果表明,大幅度的丝状结构在超声分子束注入之后得到了有效抑制,沉积到偏滤器靶板上的瞬间热通量峰值也随之下降。此外,在超声分子束注入之后偏滤器室内的热辐射损失大幅度增加,从而耗散了热输运所携带的部分能量,进一步分散了沉积到偏滤器靶板上的能量,有效地保护了偏滤器靶板。     

分子束注入期间的冷脉冲传播现象

分子束注入（MBI）是一种新的托卡马克加料方法，其已成功地在HL-1M装置上开发，并应用于HL-2A装置。分子束注入在改善等离子体约束性能方面具有很多优点，如形成密度峰化，提高能量约束时间等。在过去的分子束注入实验中，发现了一些很有物理意义的现象。但是到目前为止，分子束注入的机制还不是很清楚。     

中国环流器二号A(HL-2A)超声分子束注入最新结果

HL-2A装置电子回旋共振加热时,氘脉冲超声分子束穿越分界面,等离子体各项重要参数,包括等离子体储能、极向比压、中平面线平均密度、中心密度和温度上升,中子产额急剧增加. 超声分子束注入有可能较常规脉冲送气在台基顶部提供较强的粒子源,被认为是可供ITER替换脉冲送气的加料方法之一. HL-2A装置氢超声分子束注入的平均速度约为1.7km,与溢流(分子流)注入真空的速度测量作了比较. 关键词： 超声分子束注入 托卡马克 飞行时间法 加料     

HL-2A 装置偏滤器改造的初步设计

根据HL- 2A 装置的结构特点, 提出了HL- 2A 装置偏滤器系统改造的基本方向。对HL- 2A 极向场线圈系统进行了优化设计, 计算了单零平衡位形, 进行了开放式偏滤器的结构设计, 并对新的偏滤器系统进行了热分析和结构分析。结果表明, 新的偏滤器系统新的偏滤器系统能够满足具有一定拉长比和三角形变的等离子体放电要求。     

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对HL-2A装置限制器位形和偏滤器位形下放电气体分别为氘和氦时的等离子体热辐射测量结果做了初步分析,分析结果表明：在偏滤器室注入惰性气体能够有效的降低到达靶板的热辐射;超声分子束注入时,观测到注入粒子在等离子体中输运过程;氦放电时的辐射比值明显高于氘放电时的比值;真空室器壁的处理能够有效地降低辐射损失,硅化对器壁条件的改善效果明显。     

HL-2A变形截面托卡马克中低混杂波电流驱动的研究

自1978年Fisch提出了利用低杂波驱动电流的机制以来，理论和实验都得到了不断的发展。Br锄billa的波导阵列理论更使得低杂波驱动电流在工程上成为现实，利用低杂波驱动电流的实验在许多装置如JET,JT-60U，ASDEX等上面都取得了令人鼓舞的结果。我院前期运行的HL-1和HL-1M都是圆形截面托卡马克，低杂波实验已取得许多结果。正在运行的HL-2A装置是一个磁偏滤器托卡马克，目前还是圆形截面，它的下一步将以上下拉长和具有三角形变的D形磁面位形运行。HL-2A装置的基本参数为：大半径R为1．65m，小半径a为0．4in，纵场所为2．8T，     

中国环流器二号A装置(HL-2A)工程研制

中国环流器二号A装置(HL 2A)(设计指标:大半径1.65m、小半径0 4m、环向磁场2 8T、环向等离子体电流480kA)是我国已建成的第一个偏滤器托卡马克实验型磁约束聚变装置。HL 2A装置的首要研究目标是利用其独特的大体积极向偏滤器在高参数等离子体条件下开展与偏滤器位形运行有关的研究。本文总结了HL 2A装置工程设计、制造与安装、工程调试等研制的主要内容和关键技术。工程调试和初步物理实验的结果表明:HL 2A装置的主要工程参数和性能已具备开展物理实验的条件,并已成功地运行于偏滤器位形。2003年11月底,HL 2A装置获得等离子体电流168kA,等离子体存在时间920ms,等离子体线平均密度1.7×1019m-3,环向磁场1 4T,极限真空度为4.6×10-6Pa。     

低温与室温氢团簇流注入HL-2A装置加料效果比较

HL-2A装置超声分子束注入系统和带有低温冷阱的分子束阀门结构如图1所示。用于产生氢团簇的阀门是由美国通用阀门公司的产品（General valve series99），该阀门的喷嘴直径为0．2mm，阀门出口至边缘等离子体的距离为1．28m，低温冷阱灌人液氮冷却阀体和工作气体。本实验氢团簇是在气体射流基础上建立的，一定压力的真实气体通过小孔进入真空室绝热膨胀，导致运动气体显著冷却，原子或分子之间的相互作用力在低温状态下变弱，一个可能的结果是形成团簇。团簇的形成主要决定于气体的温度和压力，还有喷嘴的形状和尺寸，范得瓦尔斯力或原子键的强度等。目前尚无严格的理论预言团簇如何由气体射流自由膨胀而成。但是，还是有一个经验定标的参数T，称为哈竞那（Hagena）参数，用于描述团簇的形成。     

HL-2A装置偏滤器室中性气体压强的初步研究

HL-2A装置上首次实现了偏滤器位形放电。采用专门研制的可在强磁场和强噪声环境下工作的快响应真空电离规对偏滤器室内的中性气体压强进行了测量,给出了HL-2A装置偏滤器有关结构的基础数据。初步研究了偏滤器位形和孔栏位形放电期间偏滤器室中性气体压强的特性。     

HL-2A装置上超声分子束注入触发L-H转换的实验研究

利用具有定向速度的超声分子束注入技术,研究了HL-2A装置在较低加热功率条件下实现L-H转换的等离子体放电特征,从边缘密度分布的差异比较分析了普通送气和超声分子束注入对L-H转换的影响.实验结果表明,HL-2A装置上采用超声分子束注入可直接触发L-H转换,明显降低L-H转换功率.通过对大量实验数据的分析和整理发现,利用超声分子束注入实现L-H转换的最低加热功率,比同等条件下采用普通送气实现L-H转换的最低加热功率减少约10％.     

HL-2A偏压偏滤器物理设计

根据已有的理论模型,推算出了HL-2A偏压偏滤器的理论电流为1．5kA、偏压电压为200V,并对HL-2A偏压偏滤器做出了初步设计。HL-2A装置采用偏压后,有可能降低L-H模转变阈功率,增加偏滤器等离子体密度、压强和滞留时间,改善约束,改善内外靶板功率沉积的非对称性,提高排灰效率及提高偏滤器性能。     

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利用红外相机对HL-2A装置外偏滤器靶板的表面温度进行了测量,得到了具有一定时空分辨的红外热图。用一维热传导模型对热点处的温升进行数据处理,得到了轰击点上的热负荷演变曲线。分别对辐射偏滤器、ECRH加热、中性束注入、破裂四种放电情况下的热负荷曲线进行了分析,并就辐射偏滤器和破裂两种放电的热负荷与靶板探针测得的结果进行了比较。