环径比接近2的托卡马克堆芯等离子体特征

初步研究了环径比接近2的托卡马克堆芯等离子体的基本特征。这类位形具有非常好的使磁流体稳定的特性，可以基本排除等离子体破裂不稳定性。从H模约束要求和氘氚燃烧实验出发，讨论r相关的基本问题：比压极限和密度极限、基本等离子体参数间的凋整、氘氚自持燃烧条件等。参数选取的基本依据是ITER和ITER-FEAT的设计经验。     

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。     

中国环流器2号A托卡马克弹丸注入放电中空电流与反磁剪切位形

具备弱剪切或负磁剪切和内部输运势垒的托卡马克运行方式被认为是提高聚变性能的最有前途的方法.中空电流密度剖面与反磁剪切位形是改进堆芯约束和形成内部输运垒的关键条件之一.在中国环流器2号A(HL-2A)弹丸注入实验中,成功地实现了维持时间约为100 ms的中空电流放电.伴随着中空电流剖面的形成,同时形成了反磁剪切位形.由于欧姆加热功率不太高,且没有外部辅助加热,只能在稳定的中空电流放电阶段看到内部输运垒形成的趋势.在弹丸注入后,电子热扩散系数显著降低,说明弹丸深度注入改善了能量约束.等离子体性能的增强:一方面是由于弹丸注入造成中心高度峰化的电子密度剖面;另一方面是由于等离子体中心存在负磁剪切.同时,中空电流位形有利于改善高密度等离子体的稳定性.结果还表明,在中空电流放电中,等离子体比压值是低的.为了提高βN极限,可在等离子体边界附近放置导电壁.HL-2A弹丸注入实验的结果,为在限制器托卡马克上获得高参数放电提供了一种可能.     

小环径比托卡马克系统中的竖直位移不稳定性

研究在小环径比托卡马克系统中的竖直位移不稳定性，探讨了椭圆拉长与装置的环径比，磁面位形三角形变的关系，计算得出，在小环径比条件下，允许等离子体位形有较大的椭圆拉长，同时发，现，当环径比Ａ≤√２时，允许的椭圆拉长反面减小，对于给定的磁面函数，我们还推导出环径比和三角形变有一定的制约关系。     

A=2反应堆中氘氚燃烧等离子体特性

人们注意到，实验反应堆ITER-FEAT的环径比A≈3，而球形环的环径比接近1．4，后者可以稳定约束更高的比压值，但其工程问题变得很棘手。最近一些研究表明环径比A接近2的托卡马克系统(在目前的实验研究和理论研究中仍是空白)具有一些非常有意义的品质，例如，对于破裂不稳定性更安全，具有高的自举电流比，以及提高反应堆的经济竞争力(甚至可以采用常规磁体)，等等。     

等离子体理论—用球形托卡马克建立D-^3He聚变反应堆的可能性

最近几年，在磁约束聚变研究中，一类新的途径，即叫做球型托卡马克或叫做球形环的途径，取得了重要的进展,同时，托卡马克继续取得进展，国际热核实验反应堆计划（ITER）已进入实施阶段。在球形环实验中，经常可以达到高达50％以上的磁流体稳定的比压值。球形环的约束定标关系，虽然不如托卡马克那样具有庞大的数据库，但看起来也不比托卡马克差。于是，基于D及^3He之类先进燃料的聚变反应堆的兴趣有所回升，因为这类反应堆产生的高能中子的数量要小很多，后者对第一壁的损伤使得壁材料问题成为一个很困难的问题。本文利用ITER设计中公认的定标律及运行参数窗口来探讨建立基于球形环概念的D和^3He燃料的聚变反应堆的可能性。     

球环位形磁流体平衡的数值模拟

对原有的托卡马克平衡编码SWEQU进行了改进。使之适用于小环径比球形环装置的磁流体研究。用改进后的平衡编码SWEQU模拟了放电初始阶段等离子体平衡位形的演化及稳态阶段的双零偏滤器平衡位形。结果表明。不但町以得到球形环装置稳态阶段的平衡位形，也可以模拟等离子体电流上升阶段平衡位形的演化过程。     

HL-2A装置偏滤器改造及受力分析

随着聚变技术的不断发展，偏滤器功能从单纯的杂质控制向多元化方向发展。为了适应这种发展要求，近年来JET，JT-60U，ASDEX-U，DⅢ-D等主要托卡马克装置先后都对其偏滤器进行了工程改造，并开展物理实验。它们的偏滤器都具有“开放式”的结构，其结构相对简单，易获得具有较大的等离子体小半径和有较大的拉长比以及一定三角形变的等离子体位形。因此，在HL-2A装置改造的设计中也将采用开放式偏滤器方案。     

ITER装置中等离子体旋转和反馈控制对电阻壁模影响的数值研究

在托卡马克等离子体中,电阻壁模是非常重要的磁流体不稳定性,特征时间在毫秒量级.对长时间稳态运行下的先进托卡马克,电阻壁模限制着聚变装置的运行参数空间(放电时间和比压),影响经济效益,所以研究电阻壁模稳定性至关重要.本文使用MARS程序,针对ITER装置上9 MA先进运行平衡位形,研究了等离子体旋转和反馈控制对电阻壁模的影响.结果表明,在没有反馈控制时,当比压参数Cβ取0.7,等离子体环向旋转频率达到1.1%的阿尔芬频率时,可以完全稳定电阻壁模;在等离子体环向旋转和反馈控制共同作用时,比压参数Cβ取0.7,反馈增益|G|取0.6时,稳定电阻壁模所需要的等离子体旋转频率为0.2%的阿尔芬频率.可见,单独靠等离子体环向旋转稳定电阻壁模所需的旋转频率较大;而等离子体环向旋转和反馈控制共同作用可以降低稳定电阻壁模的旋转频率临界值,符合先进托卡马克的运行.本文的研究结果对中国聚变工程试验堆CFETR的工程设计和运行具有一定指导意义.     

欧姆放电在HL-2A装置单零偏滤器位形下的安全因子计算

安全因子剖面是表征等离子体放电位形特性的最重要的参数之一。对孔栏位形，常常采用直圆柱近似进行计算分析，安全因子剖面可以写成q（r）=5r^2BT/RIp式中，r为等离子体环的平均小半径，尺为环的大半径（长度的单位为m），Bt为环向磁场（单位为T），Ip为等离子体环向总电流（单位为MA）。考虑环形效应和截面变形，一个有用的公式为     

核工业西南物理研究院2006年度聚变研究进展综述

本文综述了2006年度聚变科学所的主要研究工作，重点介绍了HL-2A装置物理实验、ITER课题组任务和HL-2A装置主机改造等研究工作的进展。     

D-~3He商用堆工作物理参数的空间分析

由于D-~3He聚变堆不要求厚的包层和大的内侧空间,中子壁负载小得多,第一壁几乎是永久性的,维修更换问题减轻。采用低径比有利于电流驱动和较大的等离子体变形和好的垂直稳定性,以便得到大的等离子体电流,因而得到高的β和好的约束。本文从目前普遍采用的堆芯等离子体物理规律为基础,编制了DHE3TOK程序。研究了以D-~3He为燃料,低径比A=2.5工作在第一稳定区的商用堆特点。对它的工作物理参数空间范围进行广泛调查的基础上,提出了需要研究和发展的关键工程技术问题。     

HL—2A磁面位形的计算机绘图软件包的开发与研制

HL－2A是在原德国ASDEX基础上改进的大型托卡马克装置,该装置带有上下两组偏滤器线圈。从目前的HL－2A的改进方案看,其几何尺寸、磁场位形和物理参数大体和ASDEX相似,只是环向磁场、等离子体电流及拉长比稍有不同。由于未来的HL－2A装置上带有偏滤器,而我们以前的位形计算大多在没有偏滤器位形的HL－1及HL－1M上进行的,所以开展有关HL－2A位形的物理研究及相关的数值计算和程序设计是很重要的工作。     

改善芯部加料效率的新机制研究

对五种不同组合的固态氢同位素靶丸H2、HD、D2、DT和T2在聚变等离子体中的消融率作了同位素修正。结果表明,由于这种新机制———同位素效应,引起的靶丸半径烧蚀率修正从氢靶丸的1下降到氚靶丸的0.487。因而在消融率计算时是不可忽略的,这些修正可导致更深的靶丸消融物质沉积因而改善芯部加料效率。更重要的是,考虑到同位素效应后,对ITER的加料困难有适度的减轻。进一步的数值计算工作表明,以低场侧注入半径rp0=0.5cm的DT靶丸,同样渗入ITER等离子体100cm,按Kuteev的2D透镜模型,同位素修正使要求靶丸的初速度从vp0=24.27×105cm·s-1减小到16.2×105cm·s-1,而对Parks模型,从vp0=8.07×105cm·s-1减小到5.4×105cm·s-1。如果从中平面高场侧注入尺寸rp0=0.5cm的DT靶丸,当合并考虑同位素修正和由于消融云内外比压差产生的净垂直极化电流引起的沿大半径方向漂移后,vp0可降低到工程技术上比较容易实现的低速1.73×104cm·s-1从而可能使靶丸的消融物质沉积到ITER等离子体中心。     

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欧姆驱动条件下,托卡马克等离子体中的电流由欧姆驱动电流和等离子体内部的自恰电流构成。在简单的Spitzer电阻率模型下,欧姆驱动的环向电流密度剖面,主要由每一时刻的电子温度剖面和有效电荷数Zeff的剖面决定。讨论并给出了确定了平衡位形的基本方程,在大环径比近似下,给出了存在锯齿振荡条件下的环向电流剖面和小的非圆变形的平衡解。     

环流器等离子体压强分布关于理想磁流体气球模的最佳化

大家知道,环流器等离子体关于气球模的稳定性条件对等离子体比压值给出了最严厉的限制,对圆戳面环流器,典型的按体积平均比压值仅为(1—2)％,远低于反应堆的设计要求。许多人已对提高这一临界比压值的各种可能性进行过讨论,最近的研究指出,动力效应对于气球模不稳定性的阈值影响甚微,不过可使不稳定性的增长率降低很多。可是,我们曾发现,可以存在比压值很高的平衡位形,它们对于局部Mercier模是稳定的。这类平衡位形的特点是其q-剖面由等离子体中心向边缘下降。本文目的为验证这类位形相对于最危险的磁流体模式,即气球模的稳定性。     

平衡电流位形对电阻壁模稳定性影响的数值模拟

数值研究平衡电流位形对电阻壁模式稳定性的影响.研究发现,对于不同的电流位形,当等离子体边缘处安全因子一定时,最不稳定的电阻壁模的环向模数和极向模数相同.在同一壁位置下,非均匀电流位形驱动的电阻壁模的线性增长率比均匀电流位驱动的电阻壁模的线性增长率大.等离子体速度流在不同的初始电流位形下对电阻壁模稳定性的影响不同.由于磁力线在壁上的挤压,经过线性演化后,电阻壁模进入非线性演化并达到饱和状态,非均匀电流位形下的扰动磁能比均匀电流位形下的扰动磁能饱和度低.     

回旋管磁场电流调节器的改进

一、引言 最近,用电子回旋共振加热(ECRH)产生热电子等离子体引起了人们很大兴趣。为开展ECRH在聚变装置的应用研究,我们在一个简单磁镜MM-2中,用频率15千兆赫回旋管建立热电子等离子体,并开展了一系列热电子环物理实验研究。在该装置实验中,我们发现,回旋管正常工作的关键是它的主磁场电源的稳定度。它要求电源输出500A时,电流稳定度优于0.05％。最早该电源用28只三极管并联作为电流调节器,由于管子参数分散性大,均流和     

Nb_3Sn超导线弯曲应变对临界电流影响研究

Nb3Sn超导线现为大型工程科研项目如国际热核聚变反应堆(ITER),强磁场项目等磁体的基本材料之一.由于A15相的脆性,受力作用下Nb3Sn超导体超导性能会发生严重退化.在ITER用管内电缆导体(CICC)中,股线受到电磁力作用时会产生弯曲应变.为研究弯曲应变对超导线的临界电流影响,我们对ITER标准临界电流测试骨架中间部位开槽,使股线在通电过程中产生循环的弯曲应变,并测试得到其临界电流.结合Nb3Sn超导线偏应变临界电流定标律,分析在两种极限假设情况(低丝间电阻和高丝间电阻)下超导线弯曲应变对临界电流的影响,并与骨架开槽实验结果进行比较.     

第一届核聚变与等离子体物理理论工作学术交流会报告目录

笼一目、作者(西南物理研究所).-、1.磁约束聚变研究的一些进展李正武2.撕架模的动力理论J卜丁厚昌L 3.非理想电导管等离子体的螺旋不稳定性马腾才宫野刘之景朴 4.有限回旋半径效应对环流器气球模的影响石秉仁隋国芳 5.非圆环流器等离子体的高。气球模不稳定性李芳著石秉仁 6.小环径比锐边界等离子体的扭曲模不稳定性一顾永年 了.线圈对非圆托卡马克等离子体中的轴对称模的稳定化作用王中天 8.场反向位形的等离子体李国炳 9.环形的反场箍缩平衡和稳定张鹏10.电流非单调分布时的电阻流体不稳定性马腾才宫野11.场反向箍缩的有限电阻不稳定性…