HL-2A第一镜挡板防护效果模拟

如何提高第一镜防护效果是目前托卡马克装置急需解决的问题之一,防护挡板是减轻第一镜表面杂质再沉积的很有效方法.为了研究挡板的防护效果,根据HL-2A装置的具体情况,采用蒙特卡罗方法建立了粒子在第一镜上再沉积的物理模型,模拟了不同情况下粒子在第一镜上的再沉积情况,包括无挡板情况和加锥形挡板情况.和实验结果进行了比较,从而验证了该模型的正确性.这为有效改善第一镜防护效果提供了理论依据. 关键词： 第一镜 再沉积 挡板 蒙特卡罗方法     

托卡马克装置第一镜受污机理及防护研究

本文简要描述了本项目的研究计划。该项目在本年度共进行了3次样品辐照试验，对辐照后的样品做了表面分析、结果表明第一镜的沉积主要是由于高能粒子与第一壁材料的轰击所致，对于HL-2A装置目前的放电参数和运行状况、辉光放电和壁的硅化处理更容易造成窗口玻璃或第一镜的沉积。     

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介绍了在HL-2A装置上远红外激光干涉诊断系统第一镜的溅射和沉积实验。比较了实验前后第一镜反射率的变化,分析了污染后的第一镜表面杂质成分,提出了用挡板防护第一镜的方法。     

HL-2A装置器壁硅化实验

中国环流器2A（HL-2A）是我国第一个运行于偏滤器位形的托卡马克装置，为在较高等离子体参数下深入开展改善约束、大功率二级加热和电流驱动和加料等国际前沿工程与物理课题的实验研究，其第一壁将覆盖大面积的石墨材料和碳纤维保护瓦。因此，HL-2A装置器壁原位处理技术的应用和发展，涂层与等离子体相互作用特性的研究对有效控制杂质的产生，改善等离子体约束性能，提高装置实验运行参数都具有重要的意义。     

HL-2A装置第一壁石墨组件研究

HL-2A装置的第一壁由石墨构件、Cu偏滤器靶板和AISI 304LN不锈钢真空室内壁组成。石墨构件总重量为44kg,覆盏面积为2．80,覆盖率为2．2％。由于HL-2A装置所用石墨件材料均为历经长期托卡马克实验和长期暴露大气的石墨材料,因此石墨构件的处理效果显得更为重要。介绍了EK98、SMF-800石墨材料、ASDEX装置用CFC、国产CFC的研究结果和HL-2A装置第一壁石墨材料预处理及其结果。     

HL-2A装置实验数据系统

HL-2A装置实验数据系统，由实验网络、各类数据采集子系统、实时数据处理、实时图文显示功能子系统、大量交互式数据分析处理终端、实验数据管理子系统与系统集成管理平台和高性能计算系统等组成，较2002年初始建成投用时，系统在组成、规模和功能方面都有了很大的变化。     

HL-2A 装置ECRH天线系统的结构设计

HL- 2A 装置电子回旋共振加热的天线系统主要由天线外壳、椭球镜、平面镜、转动机构和推动机构组成。转动机构可以推动平面镜环向、极向转动, 进行不同区域的等离子体的加热和电流驱动。平面镜环向转动的角度范围为0°~ 37°, 极向转动的角度范围为0°~ 15 °。给出了驱动杆与平面镜转动角度之间的关系和对应曲线。介绍了椭球镜的安装和推动机构的结构, 给出了椭球镜的椭球面方程。整个天线系统结构紧凑, 安装和拆卸容易, 调节方便。     

HL-2A装置ECRH传输系统的概念设计

HL-2A装置将建造一个75GHz／1 MW／1s的ECRH系统。本文介绍了由传输线和水平天线构成的传输系统的概念设计(见图1)。详细介绍了系统的主要部件：波导，椭球镜，CVD窗(见图2)和可调节的平面镜。对天线的新设计能使波束极向可调，使得能量能沉积在不同区域。     

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-2A装置LHCD实验的控制

为了研究非感应方式等离子体电流的产生，在HL-2A装置上开展了低杂波电流驱动实验，并对LHCD实验进行了微机控制。在2004年的实验中准确无误地将微波投入了装置，实现了对整个LHCD系统运行状态的监控和系统保护。在等离子体破裂时，控制系统会立即切断微波对装置的投入。     

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在HL-2A单零偏滤器条件下,对由弱场侧沿赤道平面垂直注入的电子回旋寻常波(O-模)的波迹和波的功率沉积剖面进行了分析计算。对近磁轴共振情形,需要确定一个有效的物理尺度以正确获得波功率沉积。单一波束的有效吸收层的厚度可以合理地作为这一物理尺度,从而获得统一的功率沉积公式。对比研究了磁轴偏离赤道面和位于赤道面情况下的波功率沉积剖面。     

HL-2A装置高密度破裂的实验观测

大破裂发生时，不仅会在第一壁和偏滤器靶板上产生大的热负载沉积。并会由于晕电流而产生强烈电磁力。这种电磁力能够对偏滤器室及真空室内的部件造成损害。因此，如何避免大破裂放电是托卡马克运行中一个重要课题。为了减轻和控制大破裂，必须清楚地认识其产生机制和发生特性。     

HL-2A装置边缘等离子体的实验观测

HL-2A装置边缘等离子体在中平面的特性是通过可移动的探针组、快速扫描气动4探针和LHW天线边缘的固定4探针进行研究的。用于测量主等离子体边缘的温度、密度、悬浮电位、空间电位、径向和极向电场、雷诺协强、径向和极向等离子体流速及其径向分布。偏滤器靶板上的14组嵌入式静电3探针阵列用于测量同一环向截面的内外中性化板上的电子温度、密度、悬浮电位及其分布。     

HL-2A装置等离子体电子回旋加热的理论研究

电子回旋加热是HL-2A装置主要二级加热手段之一。在通常运行条件下，HL-2A装置欧姆加热功率估计为300-450kW范围（按总环向电流300kA，环压1-1．5V估算）。而电子回旋加热的总功率已达1MW，有望增加到2MW。     

HL-2A装置ECRH高压电源分析计算和模拟仿真

HL-2A装置电子回旋共振加热系统主要由4只68GHz，550kW，脉宽1s，管体接地，阴极电压-55kv，阳极电压25kV，电流25A的回旋管组成。本文介绍的ECRH高压电源是同旋管的主高压电源，它主要用于加速束电流，提供直流输入功率．主高压电源的稳定对有效地提高回旋管的电功率与微波功率的转换效率起着重要的作用。     

HL-2A 装置供电系统

描述了HL- 2A 装置供电系统, 该系统主要由三套飞轮脉冲发电机组、磁场电源系统和辅助加热高压电源系统组成。电源系统总脉冲容量达到300MVA, 一次脉冲释能1200MJ。简要介绍了电源的控制系统和实验结果。     

HL-2A装置ECRH／ECCD天线系统的设计

电子回旋加热和电子回旋驱动（ECRH／ECCD）近年来取得了巨大的进展，如Tore Supra，JT-60U，Heliotron J。与其它的加热和驱动相比，ECRH／ECCD有很多优点。首先，天线可以远离等离子体；其次，ECRH／ECCD的能量可以以功率很集中的高斯束分布注入到等离子体，得到高度集中的定域的能量沉积，使得E-CRH／ECCD成为一种理想的定域的MHD控制手段。