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。     

HL-2A装置等离子体水平位移控制

HL-2A装置是带封闭偏滤器的磁约束托卡马克实验装置，于2002年底建成并通过国家验收。2003年在各子系统准备充分和等离子体水平位移反馈控制系统投入运行后，实现了首次重复的偏滤器位形等离子体放电实验。     

等离子体成像的初步诊断结果

HL-2A装置的主要目标是开展高参数条件下改善等离子体约束实验，研究剖面控制和建立先进约束位形。在偏滤器物理方面，研究等离子体粒子与能量控制、边界输运及刮削层物理机制，此外也可以进行二级加热和电流驱动。     

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装置器壁硅化实验

中国环流器2A（HL-2A）是我国第一个运行于偏滤器位形的托卡马克装置，为在较高等离子体参数下深入开展改善约束、大功率二级加热和电流驱动和加料等国际前沿工程与物理课题的实验研究，其第一壁将覆盖大面积的石墨材料和碳纤维保护瓦。因此，HL-2A装置器壁原位处理技术的应用和发展，涂层与等离子体相互作用特性的研究对有效控制杂质的产生，改善等离子体约束性能，提高装置实验运行参数都具有重要的意义。     

HL-2A装置偏滤器运行模式的探针测量

HL-2A装置是一个具有偏滤器位形的托卡马克装置，为我们开展先进偏滤器物理实验和改善主等离子体约束性能研究准备了良好的条件。等离子体的杂质含量由杂质源分布以及SOL和芯部等离子体中各种杂质输运过程确定。由于离子碰撞可导致狭窄的偏滤器入口部件处杂质溅射的增强，与起源于靶板处的杂质相比，偏滤器入口处的杂质更有效地污染芯部等离子体。     

HL-2A装置上ECRH实验的初步结果和电子热输运分析

电子回旋共振加热（ECRH）是托卡马克等离子体一种最常用的辅助加热手段，也是进行等离子体电子热输运和约束性能研究的一种有效手段。本文介绍了HL-2A装置上ECRH实验的初步结果，分析了在ECRH实验期间的电子热输运特征和约束情况。     

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用HL-2A装置下偏滤器靶板上的14组嵌入式静电三探针阵列和外偏滤器室的电动扫描四探针组,测量了同一环向截面的内外中性化板上的电子温度、密度、悬浮电位及其分布,以及电子回旋加热(ECRH)实验期间的等离子体行为。研究了偏滤器中等离子体参数的分布及非对称性以及等离子体的形成、物理特性和改善粒子的约束特性。     

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。     

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.