EAST电子回旋共振加热效果的数值模拟和分析

为了给EAST电子回旋共振加热物理实验提供理论依据和模拟预测,从电子热输运方程出发,运用CRONOS输运程序对不同等离子体和波参数下,电子回旋加热效果进行了数值模拟计算。给出不同电子回旋波功率、入射角、电子密度和纵场等参数对电子回旋加热效果的影响,预测在不同参数下,电子温度、等离子体总内能和能量约束时间的变化,分析了其原因,并与实验结果进行了初步的比较。     

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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采用等离子体分层模型,利用WKB近似研究了离子回旋共振加热(ICRH)天线发射谱n||对离子回旋波在托卡马克等离子体的表面功率反射系数、吸收衰减的影响,数值模拟了不同天线发射谱n||条件下快波少数离子加热的效果.模拟结果表明,当其它实验参数一定时,ICRH天线发射合适的n||能提高天线与等离子体的耦合效率,增强少数离子加热的效果.     

湍流雷诺协强及密度扰动对极向动量输运影响的实验研究

利用静电探针阵列对HL-2A边缘等离子体径向和极向速度进行了测量,获得了最后闭合磁面附近湍流的雷诺协强 以及 和 间相位差的剖面。实验表明,虽然 、 的幅值对雷诺协强的大小会有影响,但雷诺协强的变化趋势主要取决于二者相位差的变化;另一方面,欧姆放电以及不同电子回旋加热功率L模放电条件下的实验结果显示,密度扰动引起的粒子输运所带来的极向动量输运的贡献与雷诺协强项对极向动量输运的贡献是可比的。这表明在分析湍流引起的动量输运时必须考虑粒子输运的贡献。     

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。     

电子回旋共振微波等离子体及其在材料科学中的应用

 低气压、低温放电方面的一个重要的最新进展是电子回旋共振(ECR)放电。这种技术首先是在核聚变研究中发展起来的。最初,它被用于磁镜实验装置产生和加热等离子体,后来,又被发展成为托卡马克、串级磁镜等聚变装置实验中进行等离子体加热的主要手段之一,即电子回旋共振加热(ECRH)。目前,这一高技术已被移植到各种低温等离子体应用之中,显示了蓬勃的生命力。电子回旋共振微波等离子体是指:当输入的微波频率ω等于电子回旋共振频率ωce时,微波能量可以共振耦合给电子,获得能量的电子电离中性气体,产生放电。电子回旋频率为ωce=eB/m,e和m为电子电荷及其质量,B是磁场强度。     

局域热源对磁岛热输运的影响

研究托卡马克等离子体磁岛内的热输运行为.应用局域高斯热源对磁岛加热来模拟电子回旋共振加热.对同时存在背景热源与局域高斯热源的情况,观察局域高斯热源对径向电子温度分布及热输运产生的变化,分析局域高斯热源对温度扰动及磁岛约束能量的影响.     

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利用静电探针阵列对HL-2A边缘等离子体径向和极向速度进行了测量,获得了最后闭合磁面附近湍流的雷诺协强〈(v)r(v)θ〉以及(v)r和(v)θ间相位差的剖面.实验表明,虽然(v)r、(v)θ的幅值对雷诺协强的大小会有影响,但雷诺协强的变化趋势主要取决于二者相位差的变化;另一方面,欧姆放电以及不同电子回旋加热功率L模放电条件下的实验结果显示,密度扰动引起的粒子输运所带来的极向动量输运的贡献与雷诺协强项对极向动量输运的贡献是可比的.这表明在分析湍流引起的动量输运时必须考虑粒子输运的贡献.     

HL-1M托卡马克中的电子温度空间分布

叙述了用电子回旋辐射测量电子温度的原理和方法，并给出了在ＨＬ－１Ｍ托卡马克上的不同放电条件下的实测结果。在某些实验条件下，如电流上升、弹丸注入和重杂质聚集，出现了电子温度的中空分布。在托卡马克等离子体边缘加上直流偏压的情况下，观测到电子温度分布变陡。这些现象与等离子体中心的输运有密切的关系。     

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。     

X-Ray Measurements during Whistler-Mode Electron Cyclotron Resonance Plasma Startup and Heating in an Axisymmetric Magnetic Mirror

New measurements and analyses of whistler-mode electron cyclotron resonant heating (ECRH) startup and heating in an axisymmetric magnetic mirror are presented. Experimental studies of startup are presented which include the effects of initial neutral gas pressure on density and energy buildup rates, the effects of electron-beam-generated seed plasma on startup times, and a possible density threshold for the absolute whistler instability. Results of two types of analyses are presented. The first is a Fokker-Planck finite-element simulation the principal result of which is the prediction of the creation of a sloshing electron velocity distribution in the first 10 ?s after microwave power is applied. The second simulation uses rate equations to predict buildup, with rate coefficients based on a model sloshing-electron distribution function. Both results are consistent with experimental observations. Measurements of X-ray emission provided information about plasma transport, the sloshing electron spatial distribution, and the hot-electron average energy. The foil ratio technique gave average energies of 1-3 keV during whistler-mode ECRH, in agreement with afterglow measurements of hot electron decay. Possible applications of whistler-mode ECRH plasma production and heating are for plasma soft X-ray sources and plasma potential modification in tandem mirror machines.     

HL-2Aװ��SDD��X����PHA����ʵ����

用软X射线脉冲高度分析(PHA)阵列系统获得了等离子体的电子温度剖面和电子速率分布的时间演化。测量结果表明,电子温度剖面在OH阶段较平缓,接近抛物线1.0×[1-(r/a)2]2分布;而在ECRH(功率0.8MW)阶段,等离子体中心(z＝0)电子温度上升了0.6keV,边缘(z＝30cm)处只上升了0.1keV,反映出ECRH功率沉积在等离子体中心区域;在ECRH期间有大量的高能电子产生,因而电子速率分布在ECRH期间显著改变;等离子体中心的高能电子的数量和能量都比等离子体边缘的增加更大,ECRH(～0.8MW)期间等离子体中心(z＝0)产生的高能电子的能量可达17keV。分析表明：在ECRH(纵场Bt=1.3T)放电期间,ECRH加热效果显著,ECRH的功率主要沉积在等离子体中心附近;电子温度剖面在ECRH阶段较OH阶段峰化;ECRH期间有大量的高能电子产生,电子速率分布被改变成为非麦克斯韦分布。     

Investigation of impurity transport using laser blow-off technique in the HL-2A Ohmic and ECRH plasmas

Impurity transports in two neighboring discharges with and without electron cyclotron resonance heating(ECRH)are studied in the HL-2A tokamak by laser blow-off(LBO) technique.The progression of aluminium ions as the trace impurity is monitored by soft x-ray(SXR) and bolometer detector arrays with good temporal and spatial resolutions.Obvious difference in the time trace of the signal between the Ohmic and ECRH L-mode discharges is observed.Based on the numerical simulation with one-dimensional(1D) impurity transport code STRAHL,the radial profiles of impurity diffusion coefficient D and convective velocity V are obtained for each shot.The result shows that the diffusion coefficient D significantly increases throughout the plasma minor radius for the ECRH case with respect to the Ohmic case,and that the convection velocity V changes from negative(inward) for the Ohmic case to partially positive(outward) for the ECRH case.The result on HL-2A confirms the pump out effect of ECRH on impurity profile as reported on various other devices.     

电子回旋共振加热情形锯齿振荡的数值分析

采用磁重联模型与湍流模型,通过求解耦合了锯齿触发条件的一维输运方程,模拟了电子回旋共振加热(ECRH)情形下T-10托卡马克中锯齿振荡.其中之一是近轴的ECRH,另一个是远轴的ECRH,数值结果与实验的比较表明用湍流模型得到了较好的预测结果,相反,由于重联模型的一些基本缺陷,不可能由重联模型得到满意的结果. 关键词： 锯齿振荡 磁重联模型 湍流模型 电子回旋共振加热     

Observation of Fishbone-Like Instabilities Excited by Energetic Electrons on the HL-2A Tokamak

Strong burst of an internal kink mode is observed on the HL-2A tokamak. Features of the fishbone-like mode are presented. The fishbone-like instabihties can be driven during electron cyclotron resonance heating （ECRH） and can be excited on the high field side （HFS） by ECRH. It is found for the first time that the modes also present themselves on the low field side （LFS） during ECRH. Experiments show that the energetic electrons with energy of 35-70 keV play a dominant role in the excitation mechanism, and the experimental results are also consistent with our calculation ones.     

Complex ray tracing study of electron cyclotron resonance heating

In the up-to-date ray tracing study of electron cyclotron resonance heating (ECRH) of fusion plasmas, energy absorption effect has never been considered into the wave trajectory computation. Thus all the work has been done in real space so far. In this paper we consider coupling of energy absorption to wave trajectory for the first time, and numerically solve the formal complex Hamilton equations in complex space, then take the real-space-projected wave trajectories and group velocities to be the corresponding concrete ones. It is shown that both ordinary wave and extraordinary wave injected from the inner side of the tokamak plasmas approach the electron cyclotron resonance surface step by step and their group velocities become exceedingly small as they move toward this surface. Those clearly show that the resonance between the electron cyclotron waves and the fusion plasmas takes place in the electron cyclotron resonance region, which is just the case the ECRH experimental results and the plasma kinetic theory of waves demonstrate.     

HL-2A装置SDD软X射线PHA阵列实验结果

用软X射线脉冲高度分析(PHA)阵列系统获得了等离子体的电子温度剖面和电子速率分布的时间演化。测量结果表明,电子温度剖面在OH阶段较平缓,接近抛物线1.0×[1-(r/a)²]²分布;而在ECRH(功率0.8MW)阶段,等离子体中心(z＝0)电子温度上升了0.6keV,边缘(z＝30cm)处只上升了0.1keV,反映出ECRH功率沉积在等离子体中心区域;在ECRH期间有大量的高能电子产生,因而电子速率分布在ECRH期间显著改变;等离子体中心的高能电子的数量和能量都比等离子体边缘的增加更大,ECRH(～0.8MW)期间等离子体中心(z＝0)产生的高能电子的能量可达17keV。分析表明：在ECRH(纵场B_t=1.3T)放电期间,ECRH加热效果显著,ECRH的功率主要沉积在等离子体中心附近;电子温度剖面在ECRH阶段较OH阶段峰化;ECRH期间有大量的高能电子产生,电子速率分布被改变成为非麦克斯韦分布。     

EAST装置电子回旋共振加热系统中央控制器设计

介绍了基于可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片的电子回旋共振加热(ECRH)系统中央控制器的设计,阐 述了中央控制器对输入的总控触发信号、等离子体电流信号、ECRH 系统状态信号、高压输出状态信号、波输出 状态信号、各类停止信号以及各输出控制信号等的处理与控制逻辑。对 FPGA 程序做了时序仿真,仿真结果表明,该控制器能够实时响应总控触发信号、精确控制阴极与阳极高压电源的开关、处理各种异常情况,满足 ECRH 系统的控制需求,且具有极高的可靠性。