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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。     

边界局域模对EAST钨偏滤器靶板腐蚀程度的数值模拟研究

在高约束模式下发生的边界局域模会释放高能量等离子体,其中主要部分会辐照到面积相对较小的偏滤器靶板,偏滤器钨靶板发生热腐蚀的可能性最大.本文建立了包括了熔化、汽化和热辐射效应的一维热传导模型,采用数值模拟的方法,研究了EAST未来偏滤器钨靶板在边界局域模作用下的热腐蚀程度.根据现有的边界局域模热流数据和多种未来可能的高能量边界局域模热流数据,计算了钨靶板的表面温度分布.结果显示当前的第一类边界局域模作用在钨靶板上,在高约束模式运行时间取32 s情况下,靶板表面温度从350 K增加到373 K,表明在当前的参数范围内,只要避免其他更严重的瞬时事件如破裂的发生,边界局域模还不会带来严重的威胁;如果边界局域模的能量增加到接近未来托卡马克边界局域模的能量范围1 MJ/m2,沉积时间为600μs,表面最大熔化厚度将达到6.8—6.9μm.     

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。     

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运用数值模拟程序B2.5-EIRENE对偏滤器进行了概念设计和优化,通过优化偏滤器靶板的几何结构影响中性粒子的再循环和热沉积面积,继而影响偏滤器靶板上沉积的热负载。通过对两种偏滤器靶板的几何结构的模拟,重点分析了偏滤器靶板上沉积的热负载,靶板上沉积的总热通量和电子、离子热沉积分布,以及真空室第一壁上电子、离子和总热沉积分布等参数。     

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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。     

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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。     

HL-2M装置常规偏滤器与雪花减偏滤器热工水力分析对比

采用SOLPS程序模拟预测HL-2M装置常规和雪花减偏滤器靶板上的热通量。当流入边缘等离子体区域的热功率约为10MW时,利用CFX/ANSYS软件分析这两类偏滤器各结构、冷却水温度分布及形变和热应力分布情况。结果表明:等离子体总功率相同,雪花减偏滤器靶板上的最高温度比常规偏滤器低169℃;雪花减偏滤器结构所承受的最大热应力和形变比常规偏滤器低约3/7。不改变热负载剖面分布,按一定比例提升热流密度或延长放电时间,雪花减偏滤器体现出比常规偏滤器靶板温升低、冷却水温均衡等优点。因此,雪花减偏滤器能处理更多流进偏滤器区域的热能,有效地降低偏滤器工程设计要求。     

HL-2A偏滤器运行模式的探针测量

在HL-2A装置的偏滤器位形运行模式下,用偏滤器靶板上的平面型嵌入式静电探针阵列测量了同一环截面的内外和上下四个中性化板上的电子温度、密度、悬浮电位分布。偏滤器运行模式下的边缘电子温度高于孔栏运行模式下的边缘的电子温度。比较了内外靶板之间的温度不对称性。给出了由18个米尔诺夫线圈信号重建获得的磁分界面,并用强磁场快速电离规测量了偏滤器室的中性气体压强变化。测量结果表明,在偏滤器运行模式下,主真空室中边缘粒子再循环降低,杂质通量水平下降。     

其它——DⅢ-D装置高约束等离子体大幅度ELM抑制的模拟研究

高的边缘压强梯度的H模放电可提高将来聚变反应堆的经济可行性，然而高的边缘压强梯度容易产生ELM不稳定性，它通常能把大的粒子和热负荷排到偏滤器靶板，这些ELM模限制了芯部等离子体性能和降低了偏滤器靶板的寿命。为了维持稳态的高性能等离子体，横越等离子体边界的粒子和热输运能用于粒子和杂质分布控制，因此，任何消除或者缓解大而快的ELM脉冲技术必须用另一个慢的输运过程来代替瞬时的粒子和热输运，这种技术在ITER这样的燃烧等离子体装置中是高度优先的。     

The first results of divertor discharge and supersonic molecular beam injection on the HL-2A tokamak

HL-2A tokamak is the first tokamak with divertors in China. The plasma boundary and the position of the striking point on the target plates of the HL-2A closed divertor were simulated by the current filament code and they were in agreement with the diagnostic results in the divertor. Supersonic molecular beam injection (SMBI) system was first installed and tested on the HL-2A tokamak in 2004. In the present experiment low pressure SMBI fuelling on the HL-2A closed divertor was carried out. The experimental results indicate that the divertor was operated in the `linear regime' and during the period of SMB pulse injection into the HL-2A plasma the power density convected at the target plate surfaces was 0.4 times of that before or after the beam injection. It is a useful fuelling method for decreasing the heat load on the neutralizer plates of the divertor.     

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利用多道远红外HCN激光干涉仪实时测量了等离子体中的粒子数增量,首次得到了HL-2A等离子体偏滤器位形和孔栏位形下强场侧和弱场侧SMBI的加料效率,结果与法国Tore Supra装置的SMBI加料效率的范围相一致。     

Radiative divertor behavior and physics in Ar seeded plasma on EAST

To investigate the radiative divertor behavior and physics for the scenario of impurity seeded plasma in ITER, the radiative divertor experiments with argon(Ar) seeding under ITER-like tungsten divertor condition were carried out during recent EAST campaigns. The experimental results reveal the high efficiency of reducing heat load and particle flux onto the divertor targets owing to increased radiation by Ar seeding. We achieve detached plasmas in these experiments. The inner–outer divertor asymmetry reduces after Ar seeding. Impurities, such as Ar, C, Li, and W, exist in the entire space of the vacuum chamber during EAST operations, and play important roles in power exhausting and accelerating the plasma detachment process. It is remarkable that the contamination of the core plasma is observed using Ar seeding owing to the sputtering of plasma facing components(PFCs), particularly when Ar impurity is injected from the upper tungsten divertor.     

EAST辐射偏滤器充气系统改造及初步实验结果

介绍了EAST偏滤器充气系统的改进措施,压电阀与冷屏一起安装在EAST颈管中,以缩短充气管道,将充气系统的延迟时间减少约200ms。冷屏起冷却阀门并屏蔽电磁场的作用。讨论了在准稳态条件下,延迟时间给偏滤器热流反馈控制带来的负面效应。在中性束加热条件下,通过在外靶板注入Ar/D2(1:4)混合气体研究了靶板离子饱和流和热流分布的变化及充气对主等离子体的影响,得到了靶板离子饱和流显著降低、热流减少的结果。     

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介绍了EAST偏滤器充气系统的改进措施,压电阀与冷屏一起安装在EAST颈管中,以缩短充气管道,将充气系统的延迟时间减少约200ms。冷屏起冷却阀门并屏蔽电磁场的作用。讨论了在准稳态条件下,延迟时间给偏滤器热流反馈控制带来的负面效应。在中性束加热条件下,通过在外靶板注入 Ar/D2(1：4)混合气体研究了靶板离子饱和流和热流分布的变化及充气对主等离子体的影响,得到了靶板离子饱和流显著降低、热流减少的结果。     

聚变堆熔盐冷却偏滤器靶板结构设计与分析

为提高偏滤器的抗中子辐照能力,兼顾高热承载能力和聚变堆经济性的需要,提出了基于熔盐冷却(MSC)的偏滤器靶板结构设计。它采用FLiNaK作为冷却剂,钨镧合金为热沉材料,钨为第一壁材料。通过数值计算评估了靶板的热负荷承载能力,并完成了偏滤器冷却剂回路设计,优化了偏滤器各模块之间的流量分配。此MSC偏滤器靶板设计可以有效去除10~15MW•m^-2热负荷,为适应未来聚变堆偏滤器靶板发展的需要提供了一种设计解决方案。     

EAST新型下偏滤器冷却结构 传热性能数值模拟

为实现EAST装置超400s长脉冲高约束模、10MW加热功率下的稳态运行，需对现有的下碳偏滤器进行升级改造，拟采用钨串结极水冷却系统，热通量控制在水冷钨铜第一壁材料允许的稳态的10MW·m^-2。在对下钨偏滤器的冷却结极传热性能进行数值模拟仿真研究的基础上，研究了多种以钨串单元为基础的冷却结极，提出了一种新型下钨偏滤器水冷结极设计，幵建立了满足传热要求的EAST装置新型下钨偏滤器单元结构模型。     

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With the finite element software, comprehensive numerical simulations on thermal/mechanical response and fatigue behaviors of divertor monoblock Cu interlayer under combined loads of high heat flux (HHF) and edge localized modes (ELMs) were conducted. The results show that: (1) the plastic damages induced by transient heat shock of ELMs will be coupled with damage by HHF loads in interlayer of copper; (2) under the combined loads of HHF and ELMs, the fatigue life of the interlayer continues to decrease and the magnitude of the decrease is nonlinearly increased with the peak and time-averaged heat flux of the ELMs; (3) the fatigue life reduction of the interlayer more sensitive to the peak heat flux and frequency of ELMs under the same time-averaged heat flux conditions.