高温等离子体中固体弹丸消融过程的研究

本文求得了弹丸消融过程的自洽解析解。结果表明:Parks的弹丸消融理论需要修正;弹丸消融速率由消融物云和表面蒸发层共同控制;入射电子通过消融物云时慢化效应并不显著;消融物离开弹丸表面时一般呈部分电离态;聚变堆条件下,弹丸表面可能会出现激波。     

HL—1M装置多发弹丸加料实验观测

首次在ＨＬ－１Ｍ装置上投放使用的多发弹丸加料系统，能一次注入多达４粒Φ１．０ｍｍ的氢弹丸，弹丸速度在５００－８００ｍ．ｓ＾－１之间。弹丸注入后，得到离子体密度峰化系数ｎｃ（０）／〈ｎｃ〉＝１．８能量约束时间与喷气加料放电的相比提高３０％以上的实验结果。观察到了弹丸注入等离子体引起弹丸消融物沿磁力线流动的图像变化，电子温度分布和ＭＨＤ行为的演变过程以及新的边缘等离子体特性。     

HL—1M多发弹丸加料等离子体的特性

对ＨＬ－１Ｍ装置在一次放电中注入３－８粒氢弹丸的欧姆加热等离子体密度分布和扰动特征进行了研究。实验表明,器壁再循环对高密度的获得有重要的影响。在再循环较高的条件下连续注入３粒１．０ｍｍ弹丸,获得了加料实验的最好参数：等离子体中心密度ｎｅ（０）＝５．３×１０１３ｃｍ－３,总体储能Ｗｐ＝６．０ｋＪ,τｅ＝２６ｍｓ。用ＣＣＤ相机拍摄了弹丸消融云的照片,并对消融过程进行了简要的分析。结果证实,消融的不对称和弹丸轨迹的偏转是电子侧消融强于离子侧的结果,弹丸发射间隙及完整性对密度扰动有重要的影响。     

高速弹丸测速仪的研制

在等离子体物理实验中,注入弹丸的大小和速度对等离子体电子温度、密度扰动等均有影响,测量弹丸的速度有助于研究弹丸注入等离子体的深度、弹丸的消融及其对等离子体的作用。8发弹丸系统原有的测速仪是从俄罗斯引进的,其灵敏度、抗干扰能力都较差,加料实验时该测速系统根本无法正常工作。为此,必须研制一套精度高、抗干扰强、速度测量范围广（几m·s^-1-3000m·s^-1)的测速系统以满足实验的需要。     

HL-1M弹丸云分析和安全因子初步测量

在HL－1M装置上用高速二维成像CCD相机观测了弹丸的注入和消融过程,获得了一次放电的大量高时间分辨率（曝光时间为0.1us）的多幅度多次曝光的弹丸消融云照片,并对HL－1M等离子体的q分布进行了初步测量。描述了基于消融云倾斜角观测进行q分布测量的实验布局、基本问题和结果。根据照片分析了弹丸注入效果,讨论了弹丸与等离子体相互作用的物理机制。     

等离子体中弹丸消融的探讨

本文采用弹丸消融的双区域模型,对弹丸消融过程进行了数值求解。分析Parks的模型,发现其定标律不适合于高温度、低密度的等离子体中弹丸的消融。估计了热电子能量分布函数对消融率的影响。     

类铍离子的电子碰撞电离

用Ｒ－矩阵方法计算了类铍离子Ｎ~（３＋）及Ｏ~（４＋）的电子碰撞电离截面，并讨论了组态１ｓ~２２Ｐｎｌ引起的共振以及一个２ｓ电子被激发到２ｐ轨道同时另一个被电离的截面对总截面的影响，计算结果表明与Ｊａｋｕｂｏｗｉｃｚ的密耦近似结果相一致。     

改善ITER 弹丸注入芯部加料的研究

研究了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。结果表明, 燃料靶丸的同位素效应, 可导致更深的靶丸消融物质沉积。在同样的本底等离子体条件和弹丸初始参数下, 注入氚丸比氢丸的穿透深度增加约40%。适度减轻一些ITER 的加料困难。进一步的研究表明从中平面高场侧注入靶丸对芯部加料有显著改善。考虑托卡马克非均匀磁场的影响, 被电离的消融云内的垂直漂移电流产生极化, 引起带电消融物沿大半径方向朝外漂移。数值模拟计算表明, 只要用初始速度为每秒几百米的低速弹丸, 便能使靶丸的消融物质沉积到ITER 等离子体中心。     

HL-2A装置弹丸注入实验

弹丸注入加料与传统的补充送气加料方式相比具有以下几个优势：（1）更深的燃料沉积，（2）更高的加料效率，（3）更纯净的等离子体等。同时通过弹丸注入加料提高等离子体的性能已在很多托卡马克装置上得到了验证。由于弹丸注入后的粒子沉积会引起局部等离子体温度和密度梯度的变化从而影响等离子体输运性能，所以弹丸注入加料也可以作为研究粒子输运过程的方法。     

CCD在弹丸消融观测的应用

 描述CCD器件在HL-1M多发弹丸加料实验中观测短暂消融云的应用结果,并介绍一种有特色的触发方式 用弹丸自身辐射的氢a 射线启动相机。实验证明：这种安排能取得大量照片,CCD成功地应用于弹丸消融过程观测, 图片处理分析后获得消融云形状、结构和辐射强度分布等。可以相信CCD诊断方法不但加深了弹丸加料的认识,也会促进军事工程相关瞬态高速过程的研究。     

CCD在弹丸消融观测的应用

描述CCD器件在HL-1M多发弹丸加料实验中观测短暂消融云的应用结果,并介绍一种有特色的触发方式 用弹丸自身辐射的氢a 射线启动相机。实验证明:这种安排能取得大量照片,CCD成功地应用于弹丸消融过程观测, 图片处理分析后获得消融云形状、结构和辐射强度分布等。可以相信CCD诊断方法不但加深了弹丸加料的认识,也会促进军事工程相关瞬态高速过程的研究。     

托卡马克实验与工程——HL-2A装置上芯部弹丸加料中的电子热输运研究

从80年代中期开始，在许多聚变装置上观察到了用弹丸注入改善的等离子体能量约束。在JET和一些大型托卡马克上实现了弹丸增强约束模（PEP）。PEP模的机制也已在理论上做了分析。分析表明，有多种机制在减小反常输运中起作用，而这些机制的作用依赖于实验的条件。本文将报道在HL-2A装置上无辅助加热条件下的弹丸加料实验结果。该工作的着重点是研究在中心加料欧姆放电中的电子热输运。     

相对论高次谐波产生效率的提高

高次谐波的产生（HHG）是一种获取高频相干光的重要技术。其产生机理为：原子（离子）的外层电子在强激光的作用下产生电离，电离后的电子在激光场的作用下运动，在一定条件下，电子可以回到母离子所在的位置，与离子复合并发出一个高能量的光子，其能量等于电子返回时的动能加上电离能。为了得到很高的光子能量，必须采用高强度的驱动激光。如果激光强度接近10^17W／cm^2或更高时，由磁场产生的洛仑子力将阻止电子回到母离子，因而大大降低高次谐波的产生效率。     

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建立了计算托卡马克加料中弹丸消融的物理模型,结合1维输运模型编制了1.5维弹丸消融计算机模拟代码。使用ITER-FEAT的相关参数,对半径为6mm,初速度为2000m·s?1,从低磁场侧注入弹丸的消融速率进行了模拟计算。结果显示,弹丸消融速率先随注入深度而逐渐增大,最大消融速率约6×1026s?1,然后由于弹丸半径的减小,消融速率迅速减小,穿透深度约0.45m。这一结果与中性气体屏蔽模型(NGS)的结果一致,证明计算代码正确有效。同时,从计算结果反映出,对ITER这样的堆级托卡马克,采用常规弹丸注入方式,尽管速度高达2000m·s?1,穿透深度也远未达到等离子体中心,因此应采取其他有效措施来提高等离子体加料效率。     

弹丸消融速率的理论模型及数值计算

建立了计算托卡马克加料中弹丸消融的物理模型,结合1维输运模型编制了1.5维弹丸消融计算机模拟代码。使用ITER-FEAT的相关参数,对半径为6mm,初速度为2000m•s^-1,从低磁场侧注入弹丸的消融速率进行了模拟计算。结果显示,弹丸消融速率先随注入深度而逐渐增大,最大消融速率约6×10²⁶s^-1,然后由于弹丸半径的减小,消融速率迅速减小,穿透深度约0.45m。这一结果与中性气体屏蔽模型(NGS)的结果一致,证明计算代码正确有效。同时,从计算结果反映出,对ITER这样的堆级托卡马克,采用常规弹丸注入方式,尽管速度高达2000m•s^-1,穿透深度也远未达到等离子体中心,因此应采取其他有效措施来提高等离子体加料效率。     

HL—1M多发弹丸注入的CCD摄像触发方式的改进

多发弹丸加料是为稳态聚变堆提出的,它可以控制放电等离子体密度分布,改善约束性能和提高密度极限,是国际受控核聚变研究的重要内容之一。在实验中CCD相机可以用于研究弹丸与等离子体相互作用的许多复杂物理现象,用它拍摄弹丸在等离子体中消融云的照片是研究弹丸消融过程极其有效的手段。1999年用改进后的8发氢弹丸加料系统在水平方向上注入HL－1M等离子体,用SensiCam360LF型CCD相机在弹丸发射线连接法兰轴线上端,进行弹丸消融云的拍摄,观察弹丸的消融过程。     

用束箔技术研究Ar离子高电离态激发光谱

本文介绍用箔技术研究94MeV的Ar离子和C箔（39μg/cm^2）相互作用，产生高电离态的类Be(ArXV）－类C（ArXIII）等少电子离子。同时，这些离子的电子被激发到高能级，退激放出真空紫外光谱（VUV），测量这些光谱，可以得到原子状态的信息。     

质子与Be原子的碰撞电离过程研究

本文采用初态程函近似一连续扭曲波方法研究了质子和Be原子的碰撞电离过程：计算了入射离子能量从50keV／u到10000keV／u时一阶和二阶微分散射截面随电离电子能量和角度的变化规律，并对各种碰撞电离机理进行了详细讨论；计算所得总截面随入射离子能量的变化规律也与已有数据一致；另外采用FAC代码研究了Be原子的内壳层电子（1s）被电离后的俄歇过程．     

弹丸穿钢靶姿态变化的数值模拟

针对弹丸穿多层靶问题，采用数值模拟的方法，开展了弹丸结构参数对穿靶姿态研究。图l给出了弹丸穿靶主要姿态参数及可能的变化情况（弹丸穿靶前后速度方向变化忽略）。其中删轴偏转角速度（α=dβ/dt）。由于弹丸头部形状（如头部曲径比CRH、截卵高度比等）直接影响了弹丸在侵彻过程中的受力状态，因此也会影响着弹丸穿靶姿态。     

极化（e,2e）碰撞电离的研究进展

传统（ｅ，２ｅ）谱学已成为研究原子和分子电子结构和电离机制的强有力工具之一，本文首先简要回顾了迄今国内外传统（ｅ，２ｅ）谱学研究的历史和现状。然后，再重点介绍近几年开展极化（ｅ，２ｅ）碰撞电离研究的进展。