HL—1装置边缘扰动谱的初步分析

一、引言目前许多实验都已证实托卡马克边缘扰动对等离子体的反常输运有重要的影响,由于扰动而产生的反常粒子输运流大约在玻(王母)扩散量级,而且,边缘扰动的大小、湍流频谱和波数谱的宽度对约束时间的影响很大。用探针对边缘等离子体进行湍流扰动分析已在许多托卡马克实验中进行过,用静电探针得到的电子密度扰动n和悬浮电位扰动,可以估计出扰动产生的粒子输运通量。本文主要给出了一套静电探针系统及其数据获取和频谱分析方法,     

HL—1M装置边缘等离子体特性研究

边缘和芯部等离子体的同时控制对优化托卡马克等离子体性能是重要的。边缘等离子体密度、温度和空间电位等通常采用朗缪尔静电探针测量,而旋转速度可用马赫探针测量。好的加料技术对于获得高性能等离子 体也很重要。在HL－1M装置上已开展了8发弹丸注入和分子束注入（MBI）加料实验,它能使等离子体产生中空的温度和电流密度分布,并容易获得高密度和良好的约束。本文主要介绍在低杂波电流驱动（LHCD）、多发弹丸注入和MBI三种典型放电中边缘等离子体参数的测量结果。     

HL-1M边缘等离子体静电湍流扰动

对HL－1M边缘等离子体静电湍流扰动进行了初步的实验研究。获得了扰动的基本特征量，估计了低杂波引起的径向粒子流的变化。在加低杂波（2．45GHz)前、后，电子密度扰动和极向电场扰动的幅度及其关联性变化不大。虽然低杂波部分抑制了静电湍流，但在数量上不能解释粒子约束改善的实验结果。     

HL—1装置电流上升段辐射与杂质特性

托卡马克等离子体中的杂质会影响托卡马克的放电品质及等离子体特性。许多理论和实验对杂质的产生和输运做了深入详细的研究。等离子体电流起始阶段,由于约束性能不好,会引起大量的杂质产生,辐射损失增大是杂质增加引起的直接后果。杂质辐射是等离子体辐射的主要组成部分之一,等离子体线辐射功率～Z_(eff)~6,复合辐射功率～Z_(eff)~4,轫致辐     

HL—1装置等离子体密度控制的研究

本文分析了目前HL-1装置等离子体密度的控制方法。实验结果和分析表明,用控制粒子源、提供负源和改变通最的三种途径相结合来控制粒子数的变化,是一种有效的密度控制方法。     

HL—1装置边缘参量的光谱学研究

用光谱学方法测量了HL-1托卡马克等离子体中性氢原子密度n_0的时空分布,氢原子流入通量Г_0。粒子约束时间τ_p及再循环系数R等,测得n_0约为10~9—10~(11)cm~(-3),Г_0为10~(15)—10~(16)cm~(-2)·s~(-1),τ_p为几毫秒到几十毫秒,R≈0.8。根据多次放电实验数据得到了有关的定标关系。实验表明,孔栏半径的大小对氢原子流入通量及粒子约束时间都有显著影响。孔栏在粒子再循环方面起主要作用。     

HL—1装置等离子体输运与锯齿特性的数值研究

本文利用一维圆柱等离子体输运编码（ＴＲＡＮＰＹ），编制了模拟锯齿振荡的大型编码（ＳＡＷＭＯＤ）。对锯齿振荡的研究，我们选用了两种具有代表性的理论模型：重联模型和湍流模型，后者特别适用于低ｑａ放电的锯齿特性研究。重联模型的锯齿振荡是由于磁力线的完全重联引起的，而湍流模型的锯齿振荡是因为微观湍流或磁力线的随机化而产生的。最后，我们将ＨＬ－１装置的一次典型高密放电的参数代入（ＳＡＷＭＯＤ）编码，运算结果     

HL—1装置的真空壁条件

本文总结了HL=1装置在1984—1987年度运行期间的真空壁条件,等离子体环电压与杂质百分浓度的关系;并估算了GH39金属孔栏,G3石墨孔栏和蒸钛条件下等离子体中的碳、氧杂质的平均密度。真空室的主要杂质气体的总压强从1984年的5.3×10~(-5)Pa降到1987年的1.1×10~(-5)Pa。仅当本底真空p_o≤1.3×10~(-5)Pa,H_2O组份的百分浓度PH_2O/PH_2≤5％时,才能满足正常托卡马克放由要求的壁初开始条件。     

HL—1装置逃逸电子扰动及硬X射线发射

HL-1装置逃逸电子扰动,硬X射线锯齿振荡和软X射线锯齿振荡关联,内破裂后硬X射线发射强度到其峰值的延迟时间,被解释为逃逸电子从q=1面附近输运到等离子体边缘时间。当有电子回旋共振预电离时,硬X射线显著减少;相反,电子回旋共振加热时,硬X射线明显地增加。     

HL—1装置屏蔽板效应研究

本文描述HL-1装置屏蔽板对欧姆变压器杂散场屏蔽效应的实验研究和理论计算,模拟实验结果与HL-1装置的理论计算值符合较好。     

HL—1装置等离子体粒子平衡的光谱研究

本文描述HL-1装置器壁碳化,观察了碳化前后氢的约束时间和再循环现象,同时还观察了加抽气孔栏条件下粒子约束时间和再循环的变化。实验表明,碳化后氢的再循环增大,使用抽气孔栏可以控制壁附近边缘等离子体的粒子密度,粒子约束时间比不用抽气孔栏增大17.7％,再循环系数减小13.2％。     

HL─1装置等离子体输运与锯齿特性的数值研究

本文利用一维圆柱等离子体输运编码（ＴＲＡＮＰＹ），编制了模拟锯齿振荡的大型编码（ＳＡＷＭＯＤ）。对锯齿振荡的研究，我们选用了两种具有代表性的理论模型：重联模型和湍流模型，后者特别适用于低ｑａ放电的锯齿特性研究。重联模型的锯齿振荡是由于磁力线的完全重联引起的，而湍流模型的锯齿振荡是因为微观湍流或磁力线的随机化而产生的。最后，我们将ＨＬ─１装置的一次典型高密放电的参数代入（ＳＡＷＭＯＤ）编码，运算结果表明，重联模型和湍流模型均能解释实验观测的锯齿现象，理论模拟与实验结果符合较好。     

氮ECR微波等离子体的电子能量分布研究

为了对ＧａＮ薄膜低温生长提供更多的活性氮，在一个腔耦合电子回旋共振（ＥＣＲ）半导体加工装置上，用朗谬探针和二次微分理论，研究了氮ＥＣＲ等离子体的实际电子能量分布。发现它们都是非麦克斯韦分布，含有高能电子，而且随着放电气压的下降和微波功率的增加，高能电子成分增加。     

HL—1装置几种杂质特性

本文叙述了用真空紫外光谱方法观测HL-1装置常规、器壁碳化和抽气孔栏三种放电条件下等离子体杂质的变化以及某些杂质的特性。     

HL—1装置等离子体位置反馈控制

本文简述了用位移做反馈控制信号,用非线性二位调节器组合前馈环节,控制厚钢壳(厚度d=5cm)外的垂直场和水平场线圈电流,在HL-1装置上实现了等离子体位置反馈控制的情况。当铁芯不饱和时,在水平和垂直两个方向上均可控制等离子体位置在±2mm之内。     

HL-1装置边缘区的电探针测量

用一个可移动的静电双探针获得了HL-1装置边缘区电子温度T_e,电子密度n_e的时空分布。实验测得孔栏边缘处T_e和n_e。分别约为12eV和3×10~(11)cm~(-3),n_e沿小半径方向的径向梯度约4.7X 10~(11)cm~(-3);在等离子体边缘区,n_e,T_e的e倍衰减特性长度分别约为20mm和27mm,在删削区内,λ_n,λ_T急剧减小。粒子的横向扩散系数与玻姆系数同量级。     

HL－1装置等离子体辐射损失实验研究

本文叙述了在器壁碳化、抽气孔栏、偏压电极、送杂质气体、ＥＣＲＨ加热和弹丸注入等实验条件下用多道辐射热探测器（Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ）阵列测得的ＨＬ－１等离子体辐射损失，并给出了辐射损失的时空分布图。     

HL-1装置脉冲送气的数值研究

本文采用一维等离子体输运模型,研究了脉冲送气对HL-1装置等离子体的影响。脉冲送气使等离子体密度提高1—2倍,能量约束时间增长50％,离子温度也有所提高;脉冲送气过程中,等离子体边缘迅速冷却,电流通道收缩,中心区域电子温度平直化。