KT—TC托卡马克上不同限制器偏压下等离子体p约束改善的实验研究

在ＫＴ－５Ｃ托卡马克上，采用多块组合的可偏压限制器控制等离子体边缘电场，进行了改善等离子体的边缘参数及其机制的研究。实验显示，限制器的正、负偏压都能改变等离子体电位，但正偏压更胶儿，能有效地建立边缘电场，进而抑制边缘扰动改善等离子体约束。利用可移动静电探针，测得正偏压期间边缘电子温度Ｔｅ（ｒ）、电子密度ｎｅ（ｒ）、空间电位Ｖｐ（ｒ）分布变陡，与计算得到的边缘粒子通量Г（ａ０）减少，整体粒子约束时间     

用偏压限制器控制KT－5C托卡马克等离子体边缘电场的实验研究

在托卡马克ＫＴ－５Ｃ上，我们首次采用可灵活组合的多块限制器进行了施加偏压以控制等离子体边缘电场的实验，结果表明，在本装置上限制器加正偏压优于加负偏压，正偏压改变等离子体边缘电场效果更明显。偏压限制器收集面积、纵场和偏置电压的大小对偏压效果的影响都是敏感的。改变限制器收集面积和偏压导致的边缘电场的变化最终将趋于饱和，另外发现，偏压限制器与等离子体柱的相对位置对等离子体边缘电场的影响也是重要的。     

用偏压限制器控制KT—5C托卡马克等离子体边缘电场的实验研究

在托卡马克ＫＴ－５Ｃ上，我们首次采用可灵活组合的多块限制器进行了施加偏压以控制等离子体边缘电场的实验。结果表明，在本装置上限制器加正偏压优于加负偏压、正偏压改变等离子体边缘电场效果更明显。偏压限制器收集面积、纵场和偏置电压的大小对偏压效果的影响都是敏感的。改变限制器收集面积和偏压导致的边缘电场的变化最终将趋于饱和。     

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在一次稳定放电过程中利用快速扫描气动探针系统得到电子温度、密度、等离子体电位、极向电场以及它们的涨落、粒子通量、能量通量在径向的分布。研究了HL-2A装置边缘的静电涨落及其输运。实验结果指出,在等离子体边缘涨落量不服从玻耳兹曼关系,存在由于等离子体空间电位的梯度所产生的径向电场剪切层。分析了涨落对边缘约束的影响。     

偏压电极对KT-5C装置等离子体边缘的影响

通过电极偏压来控制KT 5C装置边缘区等离子体的径向电场 ,发现在正偏压作用下 ,径向电场剖面由小的负阱状变成明显的山包结构 ,从而形成一个加强的E×B剪切层。剪切层附近的等离子体参数变陡 ,不仅等离子体极向流速度大大增加 ,而且其方向也由沿电子逆磁漂移方向改变为离子的逆磁漂移方向。这些变化导致等离子体边界横向输运被抑制、整体约束得到改善     

用光谱学方法研究不同放电等离子体粒子约束

本文用光谱学方法研究在ＨＬ－１装置上ＬＨＣＤ及ＥＣＲＨ等离子体，弹丸注入等离子体，偏压电极与偏压孔栏等离子体粒子约束特性。结果表明：在弹丸注入使用正向偏压电极与偏压孔栏期间，等离子体粒子约束行到改善，较低密度下（＾ｎｅ＜２．０×１０＾１＾３ｃｍ＾－＾３），ＬＨＣＤ脉冲期间粒子约束得到改善；而当密度＾－ｎｅ大于２．０×１０＾１＾３ｃｍ＾－＾３时，等离子体约束变坏。ＥＣＲＨ脉冲期间粒子约束得不到改善。     

HL-1M装置边缘等离子体结构研究

描述HL-1M装置上几种典型放电中的边缘等离子体物理实验结果.利用马赫/朗缪尔6探针组、静电4探针组、20组三探针阵列研究了低杂波电流驱动、超声分子束注入、多发弹丸注入和中性束注入放电中的粒子约束性能、等离子体旋转和边缘静电雷诺胁强的变化对改善约束的影响.给出了雷诺胁强和极向相速度的关系.结果表明，雷诺胁强的径向变化可以自发产生托卡马克等离子体的剪切极向流.LHCD能使低密度放电的粒子约束增加1至2倍.弹丸注入后，粒子约束时间和极向旋转至少可增加1倍，而SMBI可使粒子约束时间增加约一个数量级并取得高性能等离子体. 关键词： 粒子约束 雷诺胁强 极向流剪切 马赫/朗缪尔6探针组     

HT-7 装置回旋质谱探测器边界离子诊断

介绍了回旋质谱探测器的原理和设计及其在HT-7 装置欧姆放电下对边缘等离子体中离子的诊断实验。探测器安装在限制器附近, 通过一小孔引进等离子体; 设置的前置偏压使电子和离子分离, 并使离子减速; 进入腔体内部的离子在射频电场和平行磁场的作用下发生回旋共振; 通过考察收集的离子电流信号中的共振峰可得到离子的荷质比、回旋频率等参数。实验中观察到荷质比为1、0. 5、0. 3333、0 . 1819 的离子共振峰。     

HL-1M装置边缘参数测量

在HL－1M装置上利用马赫／郎缪尔探针分别在欧姆放电,低杂波注入,中性束注入,离子回旋加热和电子回旋加热等情况下测量下刮离层和等离子体边缘的极向流速度和电场,得到了它们的径向分布,研究了LHW,NBI,ICRH和ECRH对改善等离子体约束性能,边缘粒子的径向传输的影响。     

基于超级电容器的充放电电路系统研制及其在EAST限制器探针测量中的应用

EAST限制器探针安装在低场侧限制器,在环向上共有两个阵列,可以同时工作在悬浮电位测量、离子饱和流测量和扫描单探针模式.当朗缪尔静电探针运行在离子饱和流测量模式时,需要为其提供稳定的偏压.本文采用大容量电容器为探针提供偏压,相比于其他磁约束聚变装置上使用的9 V干电池组,大容量电容器具有电压设置灵活、易于维护和环保等优点.为此,研发和测试了整套超级电容器的充放电控制电路.本文还基于Python语言开发了超级电容器充放电控制电路的控制软件,通过该软件可以实现对电路的远程控制和自动控制.经实验测试,电容器充放电控制电路可以在长脉冲放电条件下为探针输出稳定的偏压,适用于磁约束聚变的复杂电磁环境.通过将超级电容器充放电控制电路应用于EAST限制器探针诊断,测量了2.45 GHz和4.6 GHz两种低杂波加热条件下刮削层等离子体离子饱和流、悬浮电位、电子温度和密度等特征参数的三维分布,发现2.45 GHz低杂波加热时刮削层电子密度较高,而双波协同加热时刮削层电子密度最高.这一系列测试与物理实验充分验证了超级电容器充放电控制电路的可靠性和稳定性.     

HL—1M装置LHCD和ECRH实验的边缘流速和电场测量

在聚变装置中等离子体边界条件对整个等离子体约束性能的影响是非常敏感的。L－H模转换机制与边界径向电场Er,Er的梯度及极向旋转速度等参数密切相关。同时,边缘等离子体的径向输运与边缘极向电场Eθ的变化有关。在HL－1M装置中利用低杂波（LHW）注入和电子回旋加热（ECRH）实验,观测边缘等离子体流速和电场的径向分布和变化来研究改善约束性能与Eθ、Er,dEr/dr及边界涨落的关系。     

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介绍了一种对等离子体边缘进行径向扫描的往复静电探针系统,该系统由高压气源、传输杆、光栅尺、探针组件构成。它在一次放电中能测量主等离子体边缘的温度、密度、悬浮电位、空间电位、离子饱和电流、极向电场、粒子通量等参数的径向分布以及电子温度和密度的衰减长度。测量结果表明,利用该系统测量的主等离子体边缘参数分布与JT-60U、TEXT、HT-7等装置上测量的结果一致。     

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采用波长532nm的高能脉冲激光束照射40.68MHz激发的容性耦合氧等离子体,并给处于激光束中央的探针施加一定的正偏压,由此诊断氧等离子体的空间电位和电负度.实验结果表明,探针偏压从0V逐渐增加时,探针搜集的电流波形从V型向倒U型转变,转变电压点正是电负性等离子体的空间电位.尝试着给出了运用激光诱导光致剥离技术诊断电负性等离子体空间电位的经验方法.另外,探针上施加的正偏压高于等离子体空间电位时,等离子体的电负度基本保持不变.实验还表明,氧等离子体的电负度随着射频输入功率的增加而呈现下降的趋势.     

HL—1装置边缘扰动谱的初步分析

一、引言目前许多实验都已证实托卡马克边缘扰动对等离子体的反常输运有重要的影响,由于扰动而产生的反常粒子输运流大约在玻(王母)扩散量级,而且,边缘扰动的大小、湍流频谱和波数谱的宽度对约束时间的影响很大。用探针对边缘等离子体进行湍流扰动分析已在许多托卡马克实验中进行过,用静电探针得到的电子密度扰动n和悬浮电位扰动,可以估计出扰动产生的粒子输运通量。本文主要给出了一套静电探针系统及其数据获取和频谱分析方法,     

在HT-7托卡马克上密度扫描实验中的边界湍流和输运

在HT-7托卡马克上密度扫描实验中使用一个快速扫描气动朗缪尔探针来研究边界湍流和输运。随着中心弦平均等离子体密度的增加，在等离子体边界观察到径向电场剪切增强，径向电场的增强能够解释边界输运的减小和全局粒子约束的改善。粒子约束时间的增加和垂直扩散系数的减小证明粒子输运降低了。在等离子体边界区域发现电离和辐射驱动湍流的特征，表明电离和辐射在湍流驱动过程中具有重要性。     

负偏压离子鞘及气体压强影响表面波放电过程的粒子模拟

由于表面电磁波沿着介质-等离子体分界面传播,而很难通过对传统的表面波等离子体(SWP)源施加负偏压实现金属材料溅射,因此限制了SWP源的使用范围.近期,一种基于负偏压离子鞘导波的SWP源克服了这个问题,且其加热机理是表面等离激元(SPP)的局域增强电场激励气体放电产生.但是该SWP源放电过程的影响因素并未研究清晰,导致其最佳放电条件没有获得.本文采用粒子(PIC)和蒙特卡罗碰撞(MCC)相结合的模拟方法,探讨了负偏压离子鞘及气体压强影响SWP电离发展过程的放电机理.模拟结果表明,负偏压和气体压强的大小影响了离子鞘的厚度、SPP的激励和波模的时空转化,从而表现出不同的放电形貌.进一步分析确定,在负偏压200 V左右和气体压强40 Pa附近,该SWP源的放电效果最佳.     

HL-1M边缘等离子体静电湍流扰动

对HL－1M边缘等离子体静电湍流扰动进行了初步的实验研究。获得了扰动的基本特征量，估计了低杂波引起的径向粒子流的变化。在加低杂波（2．45GHz)前、后，电子密度扰动和极向电场扰动的幅度及其关联性变化不大。虽然低杂波部分抑制了静电湍流，但在数量上不能解释粒子约束改善的实验结果。     

HL-2A装置偏滤器的脱靶等离子体实验

在HL-2A装置偏滤器靶板上采用嵌入式静电三探针阵列和偏滤器室内的电动扫描四探针组测量了同一极向截面的内外中性化板上和偏滤器室内的电子温度、密度、悬浮电位、空间电位、电场、电子压强及其分布,研究了偏滤器中等离子体参数的分布及非对称性和脱靶等离子体运行模式下的等离子体行为,开展了偏滤器脱离靶板等离子体的实验研究。利用主真空室的快速往复扫描三台阶式六探针系统测量了主等离子体边缘和偏滤器室内的等离子体温度、密度、粒子通量和中性粒子密度等参数,研究了脱靶等离子体的形成过程、物理特性、控制方法,以及对主等离子体性能的影响。     

低杂波驱动电流改善等离子体约束的光谱测量

在ＨＴ－６Ｂ托卡马克低杂波驱动电流（ＬＨＣＤ）的同时，等离子体的粒子及能量约束也随之发生改善。我们从空间多道Ｈα线的测量推算出ＬＨＣＤ可将等离子体粒子约束时间提高１－５倍，介绍了我们的分析过程，ＨＴ－６Ｂ上的Ｈα线测量还表明粒子约束的改善程度与低杂波（ＬＨＷ）的注入功率无明显依赖关系；改善粒子约束的发生与超热电子的产生相对应，通过观察边界层ＯＩＩ两条不同激发电位的谱线强度比的变化，发现等离子体在约束改善的同时，具有边界电子温度梯度增大的类Ｈ模现象。 关键词：     

HT-7装置液态锂限制器实验中锂的腐蚀与沉积特性的研究

在磁约束聚变等离子体装置中, 面对等离子体的第一壁将直接影响高温等离子体性能及第一壁寿命, 具有表面自我修复的、能有效抑制边界粒子再循环的液态金属锂第一壁越来越被重视, 其中液态锂第一壁与等离子体相互作用的研究尤其重要. 本文研究了HT-7装置液态锂限制器实验中锂的表面腐蚀及在装置内沉积特性、及其对等离子体性能影响. 实验表明, 当锂与等离子体相互作用较弱时, 锂以微弱的蒸发及溅射形式从表面腐蚀并进入等离子体, 表现为锂的线辐射有所增强, 等离子体内杂质水平降低, 氢再循环降低, 有利于等离子体约束性能提高; 当锂与等离子体间的相互作用比较强时, 锂主要以锂滴形式直接进入等离子体, 引起锂的辐射爆发, 最终引发等离子体放电破裂. 通过对锂斑及样品的分析发现, 锂主要沉积在限制器周围, 并且在低场侧及沿着等离子体电流方向沉积居多, 表现为极向和环向分布不均匀, 这也导致边界粒子再循环分布的不均匀. 这些实验为研究液态锂第一壁与等离子体相互作用, 分析液态锂第一壁在托卡马克装置上应用具有重要参考意义.