J-TEXT相关电子回旋辐射测量系统的研制

为了更好地研究反常输运,J-TEXT发展了一套相关电子回旋辐射(CECE)系统来测量电子温度涨落。该系统采用频率去相关的结构,通过八道窄带滤波器进行频率选择,其中两道采用带宽为100MHz的定频滤波器,其余六道采用带宽为100~240MHz的钇铁石榴石(YIG)滤波器,YIG滤波器的中心频率为数字可调,增加了系统的灵活性。通过光路的优化,系统的极向分辨率最高可达2.5cm^-1。实验结果表明系统性能良好,通过互相关技术可以消除热噪声的影响得到电子温度涨落,并且观测到靠近等离子体芯部的电子温度涨落要小于靠近边缘的电子温度涨落。     

轴向流对Z箍缩等离子体稳定性的影响

利用理想磁流体力学(MHD)模型对有轴向流参与的Z箍缩等离子体不稳定性进行了分析.对可压缩平板等离子体模型的色散关系进行了推导，讨论了三种不同等离子体状态下的不稳定性增长率.结果显示，等离子体的可压缩性对磁瑞利-泰勒/开尔文-亥姆霍兹(MRT/KH)杂化不稳定性有抑制作用，改善了轴向剪切流对长波长扰动的影响.分析了不同轴向流速度分布对系统稳定性的影响.结果表明，对于峰值相同的不同轴向流，其对不稳定性的抑制效果只依赖于扰动集中区域内速度剪切的大小，与其他位置的速度剪切无关. 关键词： Z箍缩 磁瑞利-泰勒不稳定性 轴向剪切流 MHD方程     

EAST等离子体Mo Ⅴ-Mo ⅩⅧ极紫外光谱的识别

磁约束聚变等离子体中高Z杂质的存在给等离子体的约束状态带来不同程度的影响.EAST装置第一壁是钼瓦,不可避免地,等离子体与壁相互作用会使钼进入等离子体成为高Z杂质.本文利用EAST托卡马克装置快速极紫外杂质谱仪系统实现了对5—500?(1?=0.1 nm)波段范围内杂质线光谱进行同时监测.结合EAST等离子体低、中Z杂质的特征谱线对波长进行原位标定,基于NIST数据库和已有实验数据进行对比,并利用归一化谱线强度随时间演化行为,对较低电子温度(T_e0=1.5 keV)等离子体中5—485?波段范围内由瞬态钼杂质溅射产生的钼光谱进行了系统性识别.在15—30?和65—95?波段范围观测到分别由电离态Mo¹⁹⁺-Mo²⁴⁺(MoⅩⅩ-MoⅩⅩⅤ),Mo¹⁶⁺-Mo²⁹⁺(MoⅩⅦ-MoⅩⅩⅩ)组成的未分辨跃迁系.而且在EAST上观测并识别出27—60?和120—485?波段范围内低价钼离子(Mo⁴⁺-Mo¹⁷⁺)的多条谱线(MoⅤ-MoⅩⅧ...     

HL-lM装置杂质粒子输运与约束特性

在HL-lM装置上利用激光吹气技术,在等离子体边缘瞬态注入少量Al杂质粒子,通过对真空紫外光谱和软X射线区的杂质辐射测量,分别研究了欧姆等离子体和低杂波电流驱动等离子体两种情况下,Al杂质粒子输运与约束特性。结果表明：在欧姆等离子体和低杂波电流驱动等离子体两种情况下,等离子体中心区,在没有MHD锯齿震荡和有MHD锯齿震荡非锯齿破裂期间,杂质粒子输运基本上受新经典规律支配;在有MHD锯齿震荡锯齿破裂期间,杂质粒子输运受MHD不稳定性支配,但其时间很短(通常小于300μs),所以在这种情况下,杂质粒子输运的平均效应比新经典值稍大。而约束区杂质粒子输运则比新经典的值大很多,是反常的。在一定条件下低混杂波电流驱动可以改善等离子体粒子约束。     

轴向流对Z箍缩等离子体稳定性的影响

利用理想磁流体力学(MHD)模型对有轴向流参与的Z箍缩等离子体不稳定性进行了分析.对可压缩平板等离子体模型的色散关系进行了推导,讨论了三种不同等离子体状态下的不稳定性增长率.结果显示,等离子体的可压缩性对磁瑞利-泰勒/开尔文-亥姆霍兹(MRT/KH)杂化不稳定性有抑制作用,改善了轴向剪切流对长波长扰动的影响.分析了不同轴向流速度分布对系统稳定性的影响.结果表明,对于峰值相同的不同轴向流,其对不稳定性的抑制效果只依赖于扰动集中区域内速度剪切的大小,与其他位置的速度剪切无关.     

微波等离子体原子发射光谱测定Li4Ti5O12中的金属杂质元素

尖晶石钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）作为锂离子电池负极材料在充放电过程中电压高,体积变化可以忽略,具有极好的循环寿命、热稳定性和安全性,Li₄Ti₅O₁₂中金属杂质元素的迁移以及沉积都是已知的有害降解效应,尤其是磁性金属杂质元素的存在会导致材料的自放电,同时可能造成电池内部的微短路,进而影响电池的安全性能和循环寿命。该研究提出了采用微波等离子体原子发射光谱（MP-AES）测定Li₄Ti₅O₁₂中金属杂质元素的新方法。采用王水溶液为消解试剂对Li₄Ti₅O₁₂样品进行微波消解,样品溶液无需过滤,直接采用MP-AES测定其中的金属杂质元素Mn,Na,Pb,Ni,Cr,Zn,K,Fe,Al,Mg,Cu,Ca,Co和Cd。选择波长Mn 403.076 nm,Na 589.592 nm,Pb 405.781 nm,Ni 352.454 nm,Cr 425.433 nm,Zn 213.857 nm,K 766.491 nm,Fe 371.993 nm,Al 396.152 nm,Mg 285.213 nm,Cu 324.754 nm,Ca 393.366 nm,Co 340.512 nm和Cd 228.802 nm为分析谱线,结合快速线性干扰校正（FLIC）技术,不仅校正了谱线重叠干扰,而且还校正了所有分析元素的背景干扰。加入CsNO₃为电离抑制剂,校正了易电离Li基质产生的电离干扰。选择Y为内标元素,校正了分析信号强度的不稳定和基体效应。方法的检出限（MDL）为0.03～0.77 μg·g-1,线性相关系数≥0.999 3,加标回收率为96.4%～103%,相对标准偏差（RSD）≤3.89%,采用所建立的分析方法对实际样品进行分析,并与国标法（GB/T 30836-2014）进行对比分析,经t检验法统计分析表明,在95%的置信度水平,除元素Zn以外,其余元素的测定结果与国标法无显著性差异,进一步验证了方法的准确性好。使用氮气为等离子体气体的MP-AES与使用氩气为等离子体气体的电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）相比较,可以显著降低运行成本,与使用可燃气体和氧化性气体的原子吸收光谱（AAS）相比较,安全性更高,稳定性更好。该方法操作简单、分析成本低、准确性高、精密度好,为Li₄Ti₅O₁₂中多种金属杂质元素的高通量测定提供了新方法。     

HL-2M 装置宽谱段光谱诊断系统研制

HL-2M 装置宽谱段光谱诊断系统由采集光学、石英光纤和集成式光栅光谱仪构成,工作波段为 300~1100nm,可实现对工作气体(氢及其同位素)和内在杂质(碳、铁、氧等)线辐射的同步监测。通过将 5 台紧凑 型光谱仪并联形成集成式光栅光谱仪,可在保证宽谱段覆盖的同时实现较好的光谱分辨(0.04~0.19nm⋅pixel⁻¹)。目 前系统具有一个空间通道,最优时间分辨为 1.05ms,常规采样时间为 20ms。在 HL-2M 装置初始等离子体放电 实验期间,利用该套系统识别出氢等离子体的主要杂质为碳和氧,并对不同粒子的辐射特性进行了初步分析。     

J-TEXT相关电子回旋辐射测量系统的研制

为了更好地研究反常输运,J-TEXT发展了一套相关电子回旋辐射(CECE)系统来测量电子温度涨落。该系统采用频率去相关的结构,通过八道窄带滤波器进行频率选择,其中两道采用带宽为100MHz的定频滤波器,其余六道采用带宽为100~240MHz的钇铁石榴石(YIG)滤波器,YIG滤波器的中心频率为数字可调,增加了系统的灵活性。通过光路的优化,系统的极向分辨率最高可达2.5cm-1。实验结果表明系统性能良好,通过互相关技术可以消除热噪声的影响得到电子温度涨落,并且观测到靠近等离子体芯部的电子温度涨落要小于靠近边缘的电子温度涨落。     

紧凑式多光谱成像系统设计和优化

针对快照式多光谱系统存在体积大、光路复杂的问题,从孔径分割多光谱成像系统模型出发,设计出由复合前置光学元件、阵列孔径光阑、微透镜阵列、阵列滤光片和图像传感器组成的紧凑式多光谱成像系统,总体尺寸优于12.4×8×8(mm)³。利用阵列孔径光阑克服了垂轴色差大、视场小和光能利用率低的问题。系统在480～650nm波长范围内视场角20°、F/#0.4、焦距2.5mm、总长12.4mm、单通道MTF在153lp/mm大于0.35、畸变小于0.23%。与现有技术对比,该系统兼顾了像素分辨率、光谱分辨率和时间分辨率,实现了单通道500×400的像素分辨率和6.8nm的光谱分辨率。与计算重构成像系统相比,其直接成像的方式确保了系统的高时间分辨率;且具备小型化、轻量化和低成本的特点。     

大气压等离子体炬电子密度的光谱诊断

利用空心针-板放电装置产生了大气压等离子体炬,采用光谱法测量了其内部及表面的电子密度. 向空心针中通入氩气,在大气环境中产生了长度为1cm的等离子体炬.实验分别测量了Hα谱线和ArⅠ(696.54nm)谱线,通过反卷积方法分离出其相应的Stark展宽,并由此计算了电子密度.结果发现,采用Hα谱线和ArⅠ(696.54nm)谱线Stark展宽计算得到的等离子体的电子密度分别为1.0×10¹⁵cm^－3和3.78×10^{15关键词： 等离子体炬 电子密度 气体温度 Stark展宽}     

Formation of compression shocks in a nonequilibrium plasma flow in a magnetic field

Plasma flow in a linearly widening, ideally sectioned, short-circuited magnetohydrodynamic (MHD) channel is studied. MHD flows are classified into two types: continuous flows and flows with a compressional MHD shock in plasmas that are stable and unstable against the onset of ionization instability. Specific features in the evolution of a stationary compression MHD shock are investigated, and its position as a function of the Stewart number is determined. It is found that, in a plasma flow in which ionization instability develops, a compression MHD shock arises at lower values of the MHD interaction parameter than in a stable plasma flow. An unidentified type of instability of MHD discontinuities is revealed.     

On stability and instability criteria for magnetohydrodynamics

It is shown that for most, but not all, three-dimensional magnetohydrodynamic (MHD) equilibria the second variation of the energy is indefinite. Thus the class of such equilibria whose stability might be determined by the so-called Arnold criterion is very restricted. The converse question, namely conditions under which MHD equilibria will be unstable is considered in this paper. The following sufficient condition for linear instability in the Eulerian representation is presented: The maximal real part of the spectrum of the MHD equations linearized about an equilibrium state is bounded from below by the growth rate of an operator defined by a system of local partial differential equations (PDE). This instability criterion is applied to the case of axisymmetric toroidal equilibria. Sufficient conditions for instability, stronger than those previously known, are obtained for rotating MHD. (c) 1995 American Institute of Physics.     

小波变换在HT-7 Tokamak磁流体动力学振荡动态频谱分析中的应用

将Gauss复小波变换方法成功地应用于HT-7Tokamak磁流体动力学振荡动态频谱分析中.研究结果表明,这种方法具有较好的时间分辨率和空间分辨率,比较适用做动态频谱分析.对典型放电数据的分析结果表明, m=1模的振荡频率与等离子体压强梯度有着密切的关系.     

Impurity Driven Linear and Nonlinear MHD Cylindrical Waves in a Three Species Plasma

The propagation of axisymmetric linear and nonlinear dispersive waves in a three species plasma to include the thermoelectrostatic effects together with the dissipative effects of main ions has been discussed. The impurity driven MHD fluid modes have been examined when the electrostatic drift has been taken into account. We have discussed the linear propagation of dispersive cylindrical waves in the plasma system for different ion thermal phase number. The thermal force resulting from the collisions between main ion and impurity ion densities (i.e. α_iI = 0) has been neglected. The shock waves and the soliton solutions are obtained for two different cases of the non-collisional plasma and the non-dissipative plasma.     

快速真空紫外光谱诊断在EAST实验的初步应用

为了在EAST装置上开展高参数放电条件下边界杂质辐射的实验研究,发展了真空紫外(VUV)光谱诊断系统。该系统采用了焦距为200mm的Seya-Namioka型VUV光谱仪,并配备了600g·mm^-1凹面全息光栅,所能观测的波长范围为50~700nm,覆盖真空紫外、近紫外和可见光波段。系统在垂直方向的观测范围为Z=-350~350mm。利用该系统开展了EAST边界杂质谱线的实验研究。通过分析CⅣ(154.8nm)杂质和FeⅡ(235nm)的谱线强度的时间演化行为,验证了该系统谱线强度测量的准确性与可靠性。通过分析CⅠ(365.2nm)杂质辐射强度在加热功率调制下的时间演化行为,验证了该系统研究较短时间尺度的杂质辐射行为的可行性。     

Two-Dimensional MHD Simulations of Magnetic Field Penetration in the Plasma Opening Switch

Three mechanisms for anomalous magnetic field penetration have been investigated in computer simulations of Sandia's plasma opening switch (POS). The POS simulations have been performed using the two-dimensional (2-D) two-temperature single-fluid magnetohydrodynamic (MHD) code HAM [1], [2]. The three penetration mechanisms considered are 1) the Chodura model based on the ion-acoustic instability where the saturated value of the anomalous collision frequency is approximated by the ion plasma frequency; 2) a model based on the lower hybrid instability in which the anomalous collision frequency is proportional to both the ion plasma frequency and the electron drift velocity; and 3) a model that limits the ion drift velocity to the plasma influx velocity. Two-dimensional MHD calculations of the POS will be presented which show these models to be qualitatively similar for densities above a few 1013 cm-3, though at lower densities they can be quite different. The calculations are compared to experiments, and some agreement is seen with the lower hybrid model. The other models compare only marginally to experimental results.