托卡马克增强约束态的排氦研究

由于氦在当前托卡马克放电实验和将来D－T聚变反应堆中的特殊作用,通常将氦和其它杂质分开来研究。首先,几乎现有的托卡马克装置都采用氦辉光放电清洗（He-GDC)作为常规壁处理技术。这个技术能有效地清除壁材料表面的氧和排空吸附在壁／孔栏中的氢。He-GDC后氦作为剩余气体留在真空室将继续影响等离子体放电。它不仅直接贡献电子,而且引起壁中的氢解吸,导致增强的壁加料,在HL－1装置的喷氦实验表明,电子密度衰减时间常数τp=τp(1-R)是喷氢的3倍（式中,τp是粒子约束时间,R是氢再循环系数）;对于同样的密度,送入气体的量仅为喷氢的1／5,有利于当前有高密度实验。但另一方面,从长远的观点看,排氦又是磁约束D－T聚变反应堆设计的一个重要问题。热化的α粒子所谓氦灰,作为D－T聚变反应的产物必须从系统中除去,否则,燃料将被累积的氦稀释引起氦中毒。下一代稳态托卡马克,如国际热核实验堆（ITER）设计成在增强约束态下运行。Reiter估计必须在7－15倍能量约束时间内（τHe/τE<7-15)把新产生的氦离子除去,使等离子体芯部的氦浓度保持在10％以下,才能维持堆的连续运行。     

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采用另加偏压的单阴极弧氦放电直线等离子体装置对氦等离子体的基本特性进行了研究.对氦轴向输运规律做了描述并与光谱测量数据做了定性地比较.实验结果表明,氦等离子体的电子温度与电子密度均随放电电流、约束磁场的增加而增加.氦原子与氦离子的辐射光谱随放电电流、偏压、磁场的变化规律进行了测量分析,同时氦离子对钨靶积分辐照效应进行了观察.这些结果不但提供了氦等离子体的基本特性,对于研究氦离子与面向等离子材料相互作用导致产生气泡、肿胀、脆化损伤等的评估,特别是对将来伴有(n,α)反应时具有一定的参考价值.     

级联弧放电氦等离子体特性研究

采用另加偏压的单阴极弧氦放电直线等离子体装置对氦等离子体的基本特性进行了研究。对氦轴向输运规律做了描述并与光谱测量数据做了定性地比较。实验结果表明,氦等离子体的电子温度与电子密度均随放电电流、约束磁场的增加而增加。氦原子与氦离子的辐射光谱随放电电流、偏压、磁场的变化规律进行了测量分析,同时氦离子对钨靶积分辐照效应进行了观察。这些结果不但提供了氦等离子体的基本特性,对于研究氦离子与面向等离子材料相互作用导致产生气泡、肿胀、脆化损伤等的评估,特别是对将来伴有(n, α)反应时具有一定的参考价值。     

HL－1电子密度行为在各种条件下的实验研究

在ＨＬ－１装置电子密度测量中，进一步改进了密度相移信号的处理方法。在氘放电、氦补充送气条件下得到了ＨＬ－１最高电子密度１０．８×１０１３ｃｍ－３。总结了密度在各种实验条件下的行为，并对各种实验条件对密度的影响进行了分析。     

HL—1M等离子体加料密度特性

等离子体加料和密度控制是磁约束核聚变基本研究内容之一。HL－1M实验装置用8发PI系统与SMBI和GP组成联合加料系统,以它们相互配合进行了一系列放电实验,取得了丰硕的成果,本文就等离子体电子密度、改善约束特性与燃料粒子注入深度、放电装置器壁再循环的关系等结果作一介绍。     

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。     

从大气压到超低气压范围的氦等离子体发射光谱的基本特性

采用三种实验装置(介质阻挡放电装置、空心阴极放电装置和彭宁放电装置)分别测量了不同压强范围内氦等离子体的发射光谱。通过对氦等离子体发射光谱的分析,已观察到一个共同的特点,就是在三种放电条件下产生的氦等离子体中31P1→21S0的谱线强度总是最强,可以推测亚稳态氦原子的含量相当显著,但不同的装置也有不同的特点,介质阻挡放电装置能够产生准辉光放电,谱线中氦原子的谱线强度很低,而空心阴极放电与彭宁放电装置能够产生稳定均匀的等离子体,且发射足够强的光辐射。我们已对所拍摄的光谱的谱线都进行了辨认,所有结果表明原子发射光谱分析法是研究不同条件下氦等离子体状态的一种十分有效的手段。     

HL－1托卡马克杂质注入实验及杂质输运特性的研究

本文给出了ＨＬ－１托卡马克在通常欧姆放电和偏压诱发Ｈ模放电条件下，脉冲注入杂质气体的实验结果以及对杂质在通常欧姆等离子体和偏压诱发Ｈ模等离子体中的输运研究结果。实验结果表明，在ＨＬ－１上偏压诱发Ｈ模等离子体中对杂质的约束性能明显优于在通常欧姆等离子体中对杂质的约束性能。杂质输运的数值模拟结果说明，无论在通常欧姆等离子体中，还是在偏压诱发Ｈ模等离子体中，杂质的输运系数都比新经典理论预计的要大得多，输运是反常的。在偏压诱发的Ｈ模等离子体中引入杂质输运“位阱”概念，能够对杂质离子约束时间长的实验现象进行很好的描述。合理地解释了在偏压杂质注入实验中杂质辐射上升时间长、衰减慢的现象。     

10-2～105 Pa气压范围的氦等离子体光谱分析

采用三种实验装置(介质阻挡放电装置、空心阴极放电装置和彭宁放电装置)分别测量了不同压强范围内氦等离子体的发射光谱.通过对氦等离子体发射光谱的分析,已观察到一个共同的特点,就是在三种放电条件下产生的氦等离子体中31P1→21S0的谱线强度总是最强,可以推测亚稳态氦原子的含量相当显著,但不同的装置也有不同的特点,介质阻挡放电装置能够产生准辉光放电,谱线中氦原子的谱线强度很低,而空心阴极放电与彭宁放电装置能够产生稳定均匀的等离子体,且发射足够强的光辐射.我们已对所拍摄的光谱的谱线都进行了辨认,所有结果表明原子发射光谱分析法是研究不同条件下氦等离子体状态的一种十分有效的手段.     

FEB氦灰问题研究

本文从现有的氦灰输运和排除的实验数据出发，计算了ＦＥＢ的氦灰积累速率，得到了平衡氦灰浓度，另外，从α粒子平衡方程和等离子体功率平衡方程出发得到的结果与直接从实验数据计算得到的结果相一致。最后，用二维Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ程序模拟了排灰效率与偏滤器工程结构参数和靶板附近的等离子体参数之间的敏感性关系。     

HL—1M托卡马克脉冲超声分子束注入等离子体及杂质特性研究

文内叙述了在ＨＬ－１Ｍ托卡马克脉冲分子束注入实验中观测到的等离子体和杂质行为。分子束注入减小了杂质辐射,有效地提高了电子密度,改善了等离子体的约束性能。     

低杂波控制电流分布与改善约束研究

在HT-7超导托卡马克装置上利用低杂波电流驱动有效地控制了等离子体电流分布,并使等离子体约束性能改善。数值模拟与硬X射线测量结果均表明,低杂波的发射功率谱、纵场和等离子体密度对改变等离子体电流分布有明显的影响。在优化低杂波电流驱动实验参数的条件下,等离子体密度、温度分布发生了理想的变化。在电子和离子温度分布上出现了内部输运垒,同时等离子体的能量约束时间和粒子约束时间均有提高。     

The Study of Fueling Method and Particle Confinement Improvement

Several high performance tokamak operation regimes have been achieved experimentally in the experiments with the peaked density profiles. The regimes include the improved Ohmic confinement in ASDEX, the pellet enhanced performance mode in Alcator-C, and the super-shot mode in TFTR. In these regimes, peaked core density profiles are always existent, and almost always go with the internal transport barriers, these barriers generally produced by sheared radial electric field. In addition to enhance confinement, the peaked density profile is also needed for the optimized fusion reaction rate and alpha heating power in tokamak plasma, and combined peaked density profile and peaked temperature profile, would make the ignition condition easy obtained. It is desirable to seek and analyze the density profile control schemes that effectively lead to density profile peaking in particle transports experimental investigation.     

HL-1M装置等离子体约束时间

强调了托卡马克等离子体的约束时间是等离子体粒子损失或热能损失的特征时间,评述了有关物理概念和实验现象分析了方面的问题,并应用于HL－1M装置等离子体。     

Increased nonlinear coupling between turbulence and low-frequency fluctuations at the L-H transition

The nonlinear coupling between small scale high-frequency turbulence and larger scale lower-frequency fluctuations increases transiently in transitions to improved confinement in the DIII-D tokamak. This increase starts before the rapid turbulence suppression and E x B shear-flow development in the region that becomes the H-mode transport barrier/shear flow region. After the transition, the coupling returns to L-mode levels. These results are consistent with expectations for spontaneous transitions to improved confinement triggered by a turbulence-driven sheared flow.     

HT-6M托卡马克装置杂质输运

利用多道可见光谱探测系统和近紫外转镜系统测量了HT-6M托卡马克等离子体中杂质的时空分布.建立完备的杂质输运程序，数值模拟碳、氧杂质在欧姆放电时的输运行为，得出了杂质的扩散和对流系数、不同电离态杂质离子密度、辐射功率密度和有效电荷数的空间分布. 分析低混杂波电流驱动（LHCD）期间杂质行为，结果表明等离子体粒子约束、杂质约束和能 量约束提高，辐射功率和有效电荷数减小. 关键词： 托卡马克 杂质输运 扩散系数 对流系数     

A key to improved ion core confinement in the JET tokamak: ion stiffness mitigation due to combined plasma rotation and low magnetic shear

New transport experiments on JET indicate that ion stiffness mitigation in the core of a rotating plasma, as described by Mantica et al. [Phys. Rev. Lett. 102, 175002 (2009)] results from the combined effect of high rotational shear and low magnetic shear. The observations have important implications for the understanding of improved ion core confinement in advanced tokamak scenarios. Simulations using quasilinear fluid and gyrofluid models show features of stiffness mitigation, while nonlinear gyrokinetic simulations do not. The JET experiments indicate that advanced tokamak scenarios in future devices will require sufficient rotational shear and the capability of q profile manipulation.     

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。     

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HL-2A装置激光吹气系统采用了全新自动控制的设计方法,实现了杂质注入量、靶片位移以及激光器被触发的时刻的精确自动控制.运行结果表明,该系统能把杂质的注入量控制在适当的水平,既不对等离子体约束产生影响,又便于光谱测量和杂质粒子输运研究.给出了激光吹气系统的设计,以及初步的实验结果.