HL-2A装置弹丸注入实验

弹丸注入加料与传统的补充送气加料方式相比具有以下几个优势：（1）更深的燃料沉积，（2）更高的加料效率，（3）更纯净的等离子体等。同时通过弹丸注入加料提高等离子体的性能已在很多托卡马克装置上得到了验证。由于弹丸注入后的粒子沉积会引起局部等离子体温度和密度梯度的变化从而影响等离子体输运性能，所以弹丸注入加料也可以作为研究粒子输运过程的方法。     

HL-1M装置弹丸和分子束加料的粒子输运研究

研究了IL-1M装置上弹丸和分子束加料的粒子输运。在研究粒子输运时拟合了粒子源分布,利用调制送气模型研究了分子束送气时的粒子输运。由弹丸注入后较长时间内密度的自然衰减研究了粒子输运,给出了一种简单的研究弹丸注入后粒子输运的方法。计算表明,分子束和弹丸注入改善了等离子体的粒子输运特性。将计算结果与实验测量进行了比较。     

送料方式与粒子约束改进的研究

峰化的电子密度分布已成为众多托卡马克装置在高运行区的一个标志性参数。这些区域包括ASDEX的改善欧姆约束区（IOC），AlcatorC的冰弹丸增强约束模（PEP）和TFTR的超级放电，它们获得的约束改善都伴随着芯部峰化的密度分布和内部输运垒。在实现点火的聚变堆研究中，峰化的密度和温度分布是提高和优化聚变反应速率和α粒子加热功率的必要途径。因此，实验观察和研究密度分布的控制和产生峰化的机理对于研究粒子的输运、改善约束是重要和必要的。     

弹丸实验中的粒子约束特性分析

多年来，许多托卡马克装置都在进行着氢弹丸和氘弹丸的注入实验研究，其主要目的在于探索用弹丸注入方法对将来聚变反应堆实验再加料的可行性。因为弹丸加料与气体加料相比具有使大部分加料粒子能沉积在等离子体芯部的明显优点。芯部加料可以产生更峰化的密度剖面和更高的聚变反应率，能改善能量和粒子约束特性。在JT－60，Alcator-C以及ASDEX等装置的弹丸实验中，在等离子体中心区域均获得了高度峰化的密度和压强分布，使等离子体的约束性能获得改善。     

HL—1M装置多发弹丸加料实验观测

首次在ＨＬ－１Ｍ装置上投放使用的多发弹丸加料系统，能一次注入多达４粒Φ１．０ｍｍ的氢弹丸，弹丸速度在５００－８００ｍ．ｓ＾－１之间。弹丸注入后，得到离子体密度峰化系数ｎｃ（０）／〈ｎｃ〉＝１．８能量约束时间与喷气加料放电的相比提高３０％以上的实验结果。观察到了弹丸注入等离子体引起弹丸消融物沿磁力线流动的图像变化，电子温度分布和ＭＨＤ行为的演变过程以及新的边缘等离子体特性。     

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。     

HL-2A托卡马克实验进展和科学创新

中国环流器二号A(HL-2A)托卡马克是中国第一个带偏滤器的大型受控核聚变研究装置.文章综述了在HL-2A托卡马克装置上的重要实验结果.自从HL-2A装置建成以来,有以下3个重要进展:实现了等离子体偏滤器位形放电;等离子体电子温度达到5500万度;实现了具有边缘局域模的高约束(H模)放电.随着HL-2A装置辅助加热能力和先进等离子体诊断等系统的发展,该装置在聚变等离子体物理的若干领域做出了以下创新性的贡献:实验验证了对聚变等离子体输运有重要影响的带状流的三维结构;进一步发展了原创的分子束加料技术,并且成功地应用于等离子体输运研究;用低频调制的电子回旋共振加热(ECRH)对撕裂模进行了有效的抑制,并使约束得到改善;观测到高能电子激发的内部扭曲模和阿尔芬模等新的物理现象.文章还简要介绍了该装置的发展计划及近期要开展的物理实验研究内容.     

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。     

EAST中加热功率对弹丸注入加料效率的影响

介绍了 EAST 装置气动加速氘弹丸注入加料系统和不同加热功率条件下弹丸加料效率的实验结果。 当等离子体加热功率从 1MW 逐渐增加到 10MW 时,弹丸加料效率从 60%降低到 10%。加热功率的升高导致弹 丸粒子的沉积深度 λp/a 降低达 50%左右,从而导致大量的弹丸粒子沉积在等离子体边界。     

HL—2A装置先进加料系统

氢及其同位素固态小球的高速注入－弹丸加料是近十几年来受控核聚变研究中发展起来的一项新技术。它是将氢及其同位素（氘、氚）冷却成毫米量级固态小球,然后以高速注入到核聚变等离子体中实现燃料在等离子体芯部区域的有效沉积,以达到加料和密度控制的目的。现阶段该技术已广泛用于核聚变物理实验研究,主要研究内容包括粒子燃料机制、输运过程及改善约束的研究,同时也作为主动探针用于研究核聚变过程的其它特征。在将来的核反应堆中,由于涉及到氚的运行,先进的加热技术是燃料循环控制的主要手段。在维持高效率加料、高密度稳态燃烧的同时要保持良好的约束必须有能胜任此目标的技术支持,因此加料技术的发展与加料物理实验的研究不仅在现代磁约束核聚变实验研究中而且在将来的聚变核反应堆运行中都占有重要地位。     

HL－1装置辅助加热等对能量约束的影响

在ＨＬ－１托卡马克上进行了辅助加热、加料、电流驱动的物理实验研究。在改善等离子体约束方面，某些实验取得了较好的结果。在适当的稳定放电条件下，低杂波电流驱动和弹丸注入辅助加料，均能使等离子体能量约束得到一定程度的改善，与相同密度条件下的欧姆加热放电相比，能量约束时间提高了约３０％。在电子回旋共振加热等离子体实验中，等离子体总能量明显增加，但与相同密度条件下的欧姆加热放电相比，能量约束时间减少了约２０％。     

HL—1M多脉冲分子束注入的CCD摄像

HL－1M装置实现了一种新的气体加料改善约束的方法－分子束注入（用多脉冲高速分子束注入加料）。多脉冲分子束注入加料可以控制等离子体密度分布、改善约束性能和提高密度极限。HL－1M托卡马克的多脉冲分子束注入得到了高的加料效率、改进了能量约束并维持了较高的密度峰化截面。分子束加料τE的改善和Qn 值的增加可与HL－１M装置的小弹丸注入和ASDEX的小弹丸注入结果相比拟。脉冲高速分子束是由高压氢分子气体通过拉瓦尔（Laval)喷口形成的。在实验中CCD相机可以用于研究分子束与离子体相互作用的许多复杂物理现象,用它拍摄分子束在等离子体中的辐射云照片是研究分子束辐射过程极其有效的手段。     

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。     

多道HCN激光干涉仪在HL—1装置上的电子密度分布测量

本文描述了为测量ＨＬ－１装置电子密度分布而研制的多道远红外激光干涉仪系统及其特点，首次对装置在弹丸加料以及拉瓦尔超声分子束注入实验条件下的等离子体电子密度时－空分布进行了观测和初步分析，同时，介绍一种处理密度相移信号的新方法。     

HL-1和HL-1M装置等离子体可见光谱实验

总结HL-1和HL-IM装置等离子体的可见光谱实验，给出了各种放电条件下等离子体参数的可见光谱测量结果，讨论了杂质减少、加料、约束改善、等离子体旋转及边缘辐射特性等可见光谱实验结果，展望了HL2A装置上要开展的可见光谱研究内容。     

HL-1M弹丸加料等离子体中的蛇形振荡

根据PIN光二极管阵列探测器所探测到的1～10keV能量范围的软X射线辐射扰动．研究了HL-1M装置等离子体中在多发弹丸注入条件下产生的蛇形振荡不稳定性特性,对其机制进行了仔细讨论。实验表明,在中等密度欧姆放电中。高速弹丸注人能直接在等离子体芯部激发出蛇形振荡。对于较高密度的放电,在弹丸加料等离子体的后续演变中经常观测到锯齿稳定化结束时诱发出的准稳态大幅度蛇形振荡。     

HL-2A充气弹丸注入加料的数值模拟研究

为了提高 HL-2A 等离子体中弹丸加料深度和加料效率,研制了新型充气弹丸注入加料方法。忽略 充气弹丸非加料包层的烧蚀过程,在 HL-2A 托卡马克位形下,应用 Trans-neut 程序对沉积在径向归一化磁通ψ=0.9 位置处的充气弹丸输运特性及其与本底等离子体自洽的相互作用过程进行了二维数值模拟研究,给出了加料粒子 和本底等离子体剖面的时空演化。发现氘离子在弹丸加料位置的径向内侧沉积、峰化,在径向扩散作用下,芯部 密度不断增加。在加料期间,加料点的离子温度和电子温度降低的区域不断扩展,电子温度剖面在极向上的演化 过程要快于离子温度剖面的演化过程。弹丸沉积位置的归一化分子数密度和径向分布宽度先减小后增加,与加料 处的分子分解源项(即分子密度损失率)先增加而后减小呈负相关。     

多道HCN激光干涉仪在HL－1装置上的电子密度分布测量

本文描述了为测量ＨＬ－１装置电子密度分布而研制的多道远红外（ＦＩＲ）激光干涉仪系统及其特点。首次对装置在弹丸加料以及拉瓦尔（Ｌａｖａｌ）超声分子束注入实验条件下的等离子体电子密度时－空分布进行了观测和初步分析。同时，介绍一种处理密度相移信号的新方法。     

HL—1M多发弹丸注入的CCD摄像触发方式的改进

多发弹丸加料是为稳态聚变堆提出的,它可以控制放电等离子体密度分布,改善约束性能和提高密度极限,是国际受控核聚变研究的重要内容之一。在实验中CCD相机可以用于研究弹丸与等离子体相互作用的许多复杂物理现象,用它拍摄弹丸在等离子体中消融云的照片是研究弹丸消融过程极其有效的手段。1999年用改进后的8发氢弹丸加料系统在水平方向上注入HL－1M等离子体,用SensiCam360LF型CCD相机在弹丸发射线连接法兰轴线上端,进行弹丸消融云的拍摄,观察弹丸的消融过程。     

等离子体理论和模拟研究进展

2006年等离子体理论与模拟研究室主要围绕以下2个方向展开了研究活动。进行了HL-2A装置的升级改造和实验的数值模拟，例如：HL-2A装置弹丸注入实验模拟和HL-2M装置平衡位形设计；对一些热门的等离子体物理问题进行了研究，例如：Streamer与电子温度梯度湍流的相互作用，剪切流和输运垒的形成机制等。