HL-2M混合运行方案初步分析

采用OMFIT集成模拟平台,对在建的HL-2M的混合运行方案开展物理分析。在1MA等离子体电流和1.88T环向磁场条件下,利用电子回旋波和中性束注入等辅助加热和电流驱动方式来调制出混合运行所特有的芯部q≈1的平坦的安全因子剖面,其中欧姆电流和自举电流的份额分别为26%和42%,能量约束因子(H_(98,y2))高达1.19。在混合运行的条件下,通过添加反向中性束注入,可以得到更高的比压值βN。此外,优化离轴的电子回旋波电流驱动和增加在轴中性束注入功率,可以进一步实现完全非感应混合运行。在该方案下,β_N可达3.47、H_(98,y2)为1.14和自举电流份额达51%。     

托卡马克等离子体不同运行模式下的电子回旋波电流驱动

在给定等离子体密度分布下，从电子、离子的能量方程出发，根据不同运行模式下等离子体的热传导率不同，分别求出了中心负剪切模式，常规剪切H模式和L模式下的等离子体温度分布，然后通过求解波迹方程与相对论情况下的Fokker-Planck方程，分别计算了这些模式下的电子回旋波电流驱动和波功率沉积.得到在中心负剪切下，驱动电流最大，驱动效率最高，功率沉积和电流分布区间跨度大；在常规剪切H模式下，驱动电流较小，分布区间跨度比较窄，驱动效率相对较低；在常规剪切L模式，驱动电流效率最低，分布区间跨度也非常集中. 关键词： 托卡马克 电子回旋波电流驱动 中心负剪切 常规剪切     

HL-1M装置中的离轴电子回旋加热实验

在HL-1M装置上进行了离轴电子回旋加热实验。研究了电子温度的变化，等离子体密度对加热效果的影响，离轴加热条件下MHD锯齿的变化，波对m/nk=1/1模的影响及在与低杂波电流驱动共同作用下的各种实验现象。 这些现象被认为与高能电子和它们的分布有关。     

零维系统模型改进及其对EAST稳态运行区的分析和预测

零维系统模型已广泛应用于下一代托卡马克装置设计以及聚变反应堆等离子体性能的预测和分析,但普遍采用物理近似和经验公式会导致较大的系统性误差.本文通过引入等离子体平衡程序使主要等离子体分布参数及其计算基于磁面信息,引入Sauter模型的自举电流系数与碰撞率变化关系改进自举电流计算,利用EAST上的实验结果对改进后的模型进行验证,零维系统模型计算结果与动理学平衡分析结果基本符合.利用改进模型从已有实验结果出发,对EAST上实现500 kA等离子体电流的稳态、长脉冲运行区所需要的加热/电流驱动功率及其能够达到的归一化比压进行了分析和预测.计算结果表明,EAST在7.0—9.5 MW加热/驱动功率,约束改善因子H98为1.25—1.35,归一化密度fnG约为0.9的参数范围内可以实现500 kA等离子体电流且自举电流份额在50%以上的稳态运行;9.5 MW加热/驱动功率,H98为1.0—1.4,fnG为0.8—1.0的参数范围可以实现较高性能的长脉冲或稳态运行.综合来说,提升等离子体约束性能,可在较低的加热/驱动功率下实现同样等离子体参数的完全非感应运行,扩展等离子体运行区,是实现高参数等离子体...     

全息透镜的特性及其应用(续)

<正> 七、离轴全息透镜的象差将各位相函数的1/d~3次项代入(21)式就得到离轴全息透镜的初级波象差W=-1/8ρ~4S+ρ~3/2(C_xcosθ+C_ysinθ) -ρ~2/2(A_xcos~2θ+A_ysin~2θ     

无碰撞电流片低频电磁模不稳定性：MHD模型

利用含无电阻广义Ohm定律的可压缩磁流体力学(MHD)理论，研究了在具有剪切磁场的无碰撞电流片中低频电磁模不稳定性，假定等离子体压力各向同性，推导出了三维扰动传播波模的色散关系.色散关系的数值求解集中在电流片中间平面(z=0)和半厚度边缘(z=1)上，并分别考虑了二维传播和三维传播，以及不同的离子惯性长度情况.主要结果如下：1)对 于二维扰动传播(k_z=0)的波，在z=0平面上，Alfven波增长率最大，不稳定的波 频率 和波数范围也更宽.离中间平面越远，增长率越小，波数区域越小.同时，随着离子惯性长度 的增大，Alfven波不稳定性的增长率变大.2)对于三维扰动传播(k_z≠0)的波， 哨声是 不稳定的.在电流片中间平面上，哨声有明显的增长率；而在离子惯性区外边，哨声的增长 率还变大.3)在电流片中间(z=0)平面上，低频波主要是电流不稳定性激发的.在离中间 平面较远处，电流、密度和压力的梯度不稳定性变得更重要. 关键词： 无碰撞电流片 磁流体力学 色散关系 不稳定性     

平面靶直流溅射制备YBCO高温超导薄膜研究

开展了平面靶溅射法制备YBa2Cu3O7-δ(YBCO)高温超导薄膜工艺研究,以达到提高沉积速率的目的。通过增加工作气体总压(Pt),采用基片旋转达到离轴溅射模式,有效地克服了传统平面靶直流溅射法中高能粒子轰击和负离子反溅射现象。在两英寸LaA lO3(LAO)基片上成功外延生长得到了微观结构良好、电学性能优越(临界电流密度Jc=2.3/2.0mA/cm2)的双面YBCO高温超导薄膜。     

非傍轴平顶高斯光束M2因子两种定义的比较研究

基于功率密度的二阶矩方法，推导出了非傍轴平顶高斯(FG)光束束宽和远场发散角的解析表达式.研究表明，当w0/λ→0时，远场发散角趋于渐近值θmax=63.435°，与阶数无关.使用非傍轴高斯光束代替傍轴高斯光束作为理想光束，研究了非傍轴FG光束的M2因子，并与传统定义的M2因子作了比较.在非傍轴范畴，非傍轴FG光束的M2因子不仅与阶数N有关，而且与w0/λ有关.按照定义，当w0/λ→0时，非傍轴FG光束的M2因子不等于0，对阶数N=1, 2, 3时，M2因子分别趋于0.913,0.882和0.886.当N→∞时，M2因子取最小值M2min=0.816.     

旋转圆柱等离子体中撕裂模和Kelvin-Helmholtz不稳定性的激发特性

采用约化的磁流体力学模型,数值研究了柱位形等离子体中q剖面和极向旋转剖面对q=1撕裂模不稳定性和Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性的影响.随着旋转强度的增加,m/n=1/1模被逐渐抑制,而高阶谐波模式(如m/n=2/2,m/n=3/3等)会经历四个区间:撕裂模失稳区间、撕裂模致稳区间、稳定窗口区间和K-H不稳定性激发区间.更进一步,我们发现,m/n=1/1模的增长率随旋转强度的改变与剪切层所处位置有关,并且剪切层分布在有理面内外的结果基本一致;然而高阶谐波模式却没有此类现象.另外,有理面处磁剪切越小,撕裂模越容易被剪切流抑制,并且越容易激发K-H不稳定性.     

离轴低杂波电流驱动中的捕获效应

本文研究了捕获电子效应对托卡马克离轴低杂波电流驱动的影响．利用开发的编码研究了低杂波在托卡马克等离子体中的吸收和驱动效率，特别是共振区域和捕获电子份额对波功率沉积和电流驱动效率产生的作用。研究表明，捕获电子效应对离轴低杂波电流驱动的影响与波驱动的功率谱结构有关。     

利用低杂波改善约束的实验研究

介绍了在HT-6M托卡马克上,利用双低杂波的组合,成功地实现了准稳态的高约束模式运行. 能量约束时间提高两倍以上,粒子的约束在较高密度下依然改善3倍以上.通过应用波扩散及 电流径向扩散方程计算低杂波电流传播的方法,对一组典型的数据进行数值模拟.计算表明 ,在HT-6M低杂波实验中,由于纵场较低,密度较高,低杂波的能量沉积在离磁轴较远的位 置,使等离子体电流密度分布成为反剪切位形,内部输运垒地形成,大大提高了等离子体的 约束状况.实验数据也给出了反剪切的证据. 关键词： 托卡马克 低杂波 约束改善     

Josephson结的动力学行为(Ⅰ)

本文对射频电流驱动下的包含干涉项电流的Josephson结方程进行了大量的数值研究工作。我们发现,对应于不同的参数范围,分别出现混沌行为、倍周期分岔序列、混沌带的反序列以及阵发混沌现象。我们也计算了2ⁿP序列的收敛因子δ_n和功率谱中2^k与2^k+1分频的平均峰高之比Φ(k)/Φ(k+1)。另外,还研究了周期解的对称性以及它与通向混沌途径的关系。 关键词：     

HL-2M 装置电子回旋共振加热及电流驱动系统设计与研制进展

根据 HL-2M 装置物理实验加热的需求,完成了总功率为 8MW 的电子回旋共振加热及电流驱动 (ECRH/ECCD)系统设计,开展了波源、传输及天线等关键部件研制。8MW ECRH/ECCD 系统,由 8 套 105GHz/  1MW/3s 波源系统、8 条内径为 63.5mm 的真空传输线及三套极向实时可控的发射天线构成。目前,已完成 ECRH/ECCD 系统关键部件研制及其相关的桌面与高功率性能测试。测试结果表明,微波源回旋管输出微波功率 达到1MW/3s,在真空度为 10^‒2Pa 的过模波纹圆波导传输线中能低耗稳定传输,发射天线极向全量程角度转动响 应时间在 50ms 以内。      

一种新型离轴三反式光学系统的设计

在三反射镜光学系统的几何光学理论的基础上，设计了一个焦距f=1000 mm,相对孔径D/f=1/4，视场角2w=3°的离轴非球面三镜反射系统，讨论了优化方法和各参量对系统结构和像差的影响.     

HL-2A装置反剪切阿尔芬本征模实验观测与模拟验证

利用 AMC 程序获取了不同最小安全因子( q_min )情况下反剪切阿尔芬本征模频率(RSAE)的变化特征： 当最小安全因子 q_min >1 时,RSAE 频率随着 q_min 增大而增大;当 q_min <1 时,RSAE 频率随着 q_min 减小而增大。这 与简化 RSAE 色散关系给出的频率相符。在 HL-2A 电流爬升期间和锯齿期间分别发现了 q_min >1 和 q_min <1 情况下 缓慢向上扫频的模。这些模的频率介于环向阿尔芬本征模和比压阿尔芬本征模之间,与 AMC 得到的 RSAE 模频 率一致,模的径向结构由单一极向谐波组成,并且高度局域在 q_min 附近,具有典型的 RSAE 特征。     

976 nm宽条形高功率半导体激光器的光束质量M2评价

为了提高976 nm宽条形高功率半导体激光器的光束质量,基于严格的二阶矩理论搭建了一套适用于高功率半导体激光器的光束质量检测装置。利用该装置测量了实验室研制的976 nm宽条形高功率半导体激光器在1～10 A工作电流下的束腰位置、束腰尺寸和远场发散角。实验结果表明,随着电流从1 A增加到10A,快轴方向束宽及远场发散角由于反导引效应有微小增加,但由于垂直方向较强的折射率导引机制使得光束参数变化很小,光束质量因子M~2仅从1. 32增加到1. 48,光束质量基本不变。慢轴方向由于反导引效应及热透镜效应而导致高阶模式激射,使得束宽及远场发散角随工作电流增加逐渐增大,光束质量因子M~2从5. 44增加到11. 76,光束质量逐渐变差。傍轴光束定义及非傍轴光束定义下的光束质量因子测试结果表明,在快轴方向,两者差别较大,不能使用傍轴光束定义近似计算;在慢轴方向,两者近似相等,可以使用傍轴光束定义近似计算。     

Pb(Zr,Sn,Ti)O_3反铁电陶瓷场诱相变性能的改进

为了获得场诱反铁电 (AFEt)—铁电 (FER)相变临界电场Ef 小、电滞ΔE小、场致应变x适当的反铁电陶瓷 ,对Pb(Zr ,Sn ,Ti)O3 采用Ba2 置换Pb2 ,同时在四方反铁电相AFEt—三方铁电FER 相界附近调节Ti/Sn比 ,来控制FER AFEt,AFEt 顺电相 (FEC)之间的相变温度TFA,TC,最终实现了对场诱相变参量 (Ef,ΔE)和反铁电工作温区 (ΔT =TC-TFA)的优化与调节 .获得了ΔE =0 85kV/mm ,Ef=1 6kV/mm ,x =0 1% - 0 2 %可用作开关致动器的新型反铁电陶瓷 .借助于X射线衍射、介电温谱、去极化电流谱、电滞回线等手段得到了这一系统AFEt/FER相界附近的温度 Ti含量相图 .     

EAST装置低杂波电流驱动效率分析

在EAST上通过分析剩余环电压与低杂波功率之间的关系,计算得到了低杂波电流驱动效率。采用归一化功率,即功率对等离子体电流、电子密度、等离子体大半径以及有效电荷数归一化,将所有数据绘制在同一曲线中,这样可以得到不同等离子体参数下的低杂波电流驱动效率。实验得到低杂波电流驱动效率η₀=(0.5~1.3)×10¹⁹ A.m^-2.W^-1,在等离子体电流I_p=277kA、低杂波功率P_LH=681kW条件下,实验得到长达3s的低杂波全波驱动。     

矩形口径离轴非球面在数控加工过程中的检测

介绍了空间相机中的离轴非球面第三反射镜 (矩形口径 )在数控加工过程中在研磨和抛光阶段的检测情况。利用自行研制的非球面测量机对研磨阶段离轴非球面的面形精度进行了测量 ,其最后的研磨精度达到了 1 μm(RMS)。抛光阶段离轴非球面的检测采用的是补偿法 ,其中零位补偿器是补偿检验的关键元件。该离轴非球面的最终面形达到了在 2 0 0mm通光口径内约λ/30的精度 (λ=0 .632 8μm)。     

EAST 装置反剪切放电的数值模拟

利用TSC+LSC 程序对EAST 装置反剪切位形进行了数值模拟,反剪切等离子体由偏轴分布的LHCD 来维持,并做了一系列的模拟来研究辅助加热投入时间对等离子体参数的影响。依据这些模拟,提出了一个新的控制安全因子分布的方案,这对托卡马克实验中的实时控制很有帮助。