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。     

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介绍了一种计算HL-2M装置环向场线圈自感的简捷方法，即用多个多边形电流丝模拟环向场线圈，用两个小直线段的互感求和代替多重积分，使问题得到简化。利用HL-2A装置的放电数据拟合计算了HL-2A装置环向场线圈的自感，从而验证了方法的正确性。     

HL-2M 装置供电系统研制

为满足 HL-2M 装置的供电需求,须配套建设相应的供电系统。通过仿真计算 HL-2M 装置的总体供 电需求,考虑到 HL-2A 装置现有的供电系统设备,提出了兼顾 HL-2A 和 HL-2M 装置供电需求的总体配置方案。介绍了国内首台 300MVA 立式交流脉冲发电机组、磁体电源、高压电源和电源控制系统的研制情况。     

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。     

基于深度学习的ELM实时识别研究

基于深度学习的方法，在HL-2A装置上开发出了一套边缘局域模(ELM)实时识别算法。算法使用5200次放电数据(约24.19万数据切片)进行学习，得到一个深度为22层的卷积神经网络。为衡量算法的识别能力，识别了HL-2A装置自2009年实现稳定ELMy H模放电以来所有历史数据(约26000次放电数据)，共识别出1665次H模放电，其中误识别35次，误报率为2.10%。在实际的1634次H模放电中，漏识别4次，漏识别率为0.24%。该误报率和漏报率可以满足ELM实时识别的精度要求。识别算法在实时控制环境下，对单个时间点的平均计算时间为0.46ms，可以满足实时控制的计算速度要求。     

HL-2A装置超声分子束注入初步结果

HL-2A装置是我国第一个带偏滤器的托卡马克装置，于2002年投入运行。该装置的主要参数为：R=1．65m，n=0．4m，BT=2．8T，Ip=0．48MA，带有上、下对称的封闭式偏滤器。目前，HL-2A装置运行下单零偏滤器，为下一步改进偏滤器位形进行基础性研究。带有液氮冷阱的超声分子束注入系统首次安装并运行于2004年。初步实验结果是，多脉冲分子束注入用于封闭式偏滤器功能的演示和检验；多脉冲分子束注入HL-2A等离子体引起冷脉冲和密度扰动向中心传播。     

间断磁探针阵列诊断数据的振荡模式分析

托卡马克磁探针阵列通常是围绕等离子体均匀布置的完整环形系统。由于受到布置空间的限制，HL-2A装置的磁探针只能组成带空白区域的间断阵列。在分析了HL-lM极向磁场振荡——Mirnov振荡模式的基础上，探索了HL-2A磁探针阵列诊断应注意的问题。     

托卡马克实验与工程——HL-2A装置等离子体诊断系统的新发展

HL-2A装置的主要物理目标是开展偏滤器物理研究及在大功率辅助加热和先进的加料条件下，研究等离子体的约束、输运及不稳定性。为了实现这个物理目标，必须发展更多的新的诊断，提高等离子体参数测量的空间和时间分辨。目前，已有近30种诊断从HL-1M装置上移到HL-2A装置上并投入了实验。此外，有10项诊断正在进行研制。本文将介绍近两年发展的几种新诊断。     

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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设计了HL-2A装置主机真空室烘烤温度反馈控制系统,用实验法获得系统近似数学模型,建立了HL-2A装置烘烤系统阶跃响应模型。运用控制理论对系统性能指标进行了设计分析,利用Simulink软件对控制系统进行了稳定性分析,通过西门子PLC300系统对此控制系统进行了软硬件实现。     

HL-1和HL-1M装置等离子体可见光谱实验

总结HL-1和HL-IM装置等离子体的可见光谱实验，给出了各种放电条件下等离子体参数的可见光谱测量结果，讨论了杂质减少、加料、约束改善、等离子体旋转及边缘辐射特性等可见光谱实验结果，展望了HL2A装置上要开展的可见光谱研究内容。     

HL-2A装置低杂波保护系统研制

1995年以来在HL-1M装置上成功地进行了LHCD实验，取得了丰硕的成果。2004年的LHCD实验是在HL-1M装置基础上改进的HL-2A装置上进行的。保护系统的优化是LHCD系统提高与完善的重要内容之一。LHCD微波功率传输系统的波导天线内部拉弧打火探测及其保护系统，微波功率输出系统速调管的管体电流定量测量及其保护系统都是本年度实验的重要项目。     

基于卷积神经网络的HL-2A装置H模辨识研究

基于HL-2A装置的放电实验数据，利用卷积神经网络和时间窗口算法开发了高约束(H)模时段的识别算法，得到了可靠的高成功率的高约束模时段识别结果。算法中，选取206次放电实验数据中等离子体储能及氘α通道信号作为双通道原始数据进行学习，得到一个深度为21层的二分类卷积神经网络。该网络模型经过其他474次放电数据的测试集检验，高约束模识别的正确率达到了98.17%。     

欧姆电源整流变压器改造方案及分析计算

根据HL-2A装置电源主回路实施方案，为尽量利用原有设备、节约投资，原HL-1M装置欧姆电源的两台5．6MVA脉冲整流变压器经改造后将作为HL-2A装置多极场E2，E3，E4电源。改造方案及分析计算如下。     

HL-2A装置反馈控制系统程序放电的实现

HL-2A装置反馈控制系统的主要任务是逐步实现对等离子体电流、位移、形状和密度的实时反馈控制，从而能够按照实验目的对托卡马克等离子体进行各种试验。主要介绍了HL-2A装置反馈控制系统的硬件组成以及软件的结构和特点。这个系统能够很好地满足HL-2A装置程序放电的要求。     

HL-2A等离子体的控制和边界识别

在托卡马克装置中，等离子体控制是一项重要的基础性工作，是托卡马克装置等离子体能够平衡、正常放电运行重要而基本的条件。这项工作包括等离子体电流、位置、形状、密度、电流分布、q值的控制和等离子体破裂控制等。其中电流、位置和密度的控制是圆截面等离子体的基础性工作；对于非圆截面装置，除了电流、位置和密度的控制之外，形状的识别和控制又是必不可少的基础性工作。这其中等离子体形状的识别和位置控制又是最复杂和最困难的。本论文给出了HL-2A装置等离子体电流和水平位移控制的理论模型和MATLAB仿真结果，并具体介绍了目前HL-2A装置等离子体控制系统的软、硬件组成。     

HL-2Aװ��3MW 68GHz ECRHϵͳ����������

HL-2A装置3MW ECRH系统采用双高压电源形式的电子回旋管,阴极高压电源为回旋管提供加速束电流,阳极高压电源对通过转换区后的束电流施加减速作用,利于回旋管收集极吸收。根据回旋管运行特点和各回旋管不同的工作特性,合理优化回旋管阴极、阳极高压电源工作电压和其他参数。通过远程监控系统,使同时工作的回旋管处于较好的工作状态,充分提高 HL-2A 装置 ECRH 系统多管运行的微波输出功率。实验中,6支回旋管同时运行时,微波最高输出功率2.5MW,达到设计额定值83%,使HL-2A装置中等离子体得到了有效的加热。     

等离子体理论和模拟研究进展

2006年等离子体理论与模拟研究室主要围绕以下2个方向展开了研究活动。进行了HL-2A装置的升级改造和实验的数值模拟，例如：HL-2A装置弹丸注入实验模拟和HL-2M装置平衡位形设计；对一些热门的等离子体物理问题进行了研究，例如：Streamer与电子温度梯度湍流的相互作用，剪切流和输运垒的形成机制等。     

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为了提高HL-2A装置的实验数据交换效率,通过在HL-2A上部署EPICS系统,结合HL-2A的控制系统PLC,提出并建立了一种可行的HL-2A指令与数据共享方法,同时给出了程序的实例.     

HL-2A装置3MW 68GHz ECRH系统调试与运行

HL-2A装置3MW ECRH系统采用双高压电源形式的电子回旋管,阴极高压电源为回旋管提供加速束电流,阳极高压电源对通过转换区后的束电流施加减速作用,利于回旋管收集极吸收。根据回旋管运行特点和各回旋管不同的工作特性,合理优化回旋管阴极、阳极高压电源工作电压和其他参数。通过远程监控系统,使同时工作的回旋管处于较好的工作状态,充分提高HL-2A装置ECRH系统多管运行的微波输出功率。实验中,6支回旋管同时运行时,微波最高输出功率2.5MW,达到设计额定值83%,使HL-2A装置中等离子体得到了有效的加热。