Siliconization for Wall Conditioning in the HL-2A Tokamak

The sputtering of impurities is caused by the interactions between plasma and the first wall, and the recycling of the gas affects the particle and energy transport of plasmas with a complicated mechanism in plasma operation. It is important for present tokarnaks to achieve a good confinement and high performance plasmas by means of controls of the vacuum condition, usage of low Z materials, control of the recycling of neutral particles and suppressions of the appearances and yield of impurities. For higher plasma parameters, some of the first wall of HL-2A is covered with graphite materials and carbon fiber tiles. Hence the studies on the in-situ coating application and development, and the interactions between the coating film and plasma are needed to effectively control the impurity, improve plasma confinement and achieve high performance plasma.     

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介绍了HL-2M装置控制系统的静态架构、动态行为、控制理论以及模拟仿真。设计采用通讯网络将各控制子系统有机地连接起来,以实现各子系统的实时通讯和控制。等离子体放电控制系统将保证实验的各种参数达到预定要求,监控系统的故障处理机制可以减少各种实验异常对装置造成破坏,磁场控制系统的各种控制器则用来控制等离子体电流和位形,模拟仿真系统可以实现方便地验证控制器的目的。     

The Effect of Siliconization on Impurity Emission on HL-2A Tokamak

HL-2A is a new middle-sized tokamak device with two closed divertors. In 2004 campaign siliconization as a wall condition has been first done on HL-2A since the starting operation of the device. By using sil-iconization we observed that impurity has been obviously decreased. The character of the siliconization and the effect of wall condition on plasma have been investigated as well as on the wall recycling.     

汤姆逊散射技术在HL-2A装置上的应用进展

非相干激光汤姆逊散射诊断只需要假设电子速度满足Maxwell分布,测量得到的等离子体电子温度与电子密度的数据准确可靠,是托卡马克和其他磁约束核聚变研究装置上重要的诊断工具,并朝着高可靠性、高空间分辨和高重复测量频率的方向发展,其中高可靠性是前提。电子的汤姆逊散射截面很小,其总截面为σ_T=6.65×10^-25 cm²,通常使用电光调Q的Nd∶YAG激光器作为散射光源,激光脉冲宽度约10 ns、脉冲能量约3 J,用5～8通道的光谱仪对散射光谱进行测量与分析。如何对光电探测模块输出的散射脉冲进行数据采集,是激光散射诊断的关键问题之一。以前使用电流积分式的数据采集器(Q-ADCs,如CMC080模块),在一个确定的时间宽度(如50 ns)将散射脉冲信号积分在采样电容器上,从而得到散射信号的强度值,这种方法很难排除电路噪声和外来干扰。该研究通过使用高速数据采集器(纵向分辨率≥10 bits、采样频率f≥1 GS·s^-1,如V1742B模块)在包含散射信号在内的时间段(如300～500 ns)进行采集,获得散射...     

Siliconization for Wall Conditioning and Its Effect on Plasma Performance in HL-2A Tokamak

1 Experiments HL-2A tokamak is characterized by a large closed divertor chamber. Before the experimental campaign 2005 the surface of the shielding plates for the MP1 and MP2 has been covered with 2-D carbon fibre composite （about 30% of the first wall）, which can protect the first wall, and effectively shield the splash of heavy metal impurity. The vacuum vessel can be baked up to 120 ℃for degassing and a glow discharge device is installed in the vessel for cleaning the inner surface. Hydrogen glow discharge cleaning （GDC） is applied to remove impurities from the wall, and helium glow discharge cleaning for removing residual hydrogen.     

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介绍了共振磁扰动(RMP)电源的电路拓扑结构,基本元器件的选取,初步控制方案以及电路相关的计算与仿真。RMP 线圈将由最大4kA 的直流电流或者最大频率1kHz 最大4kA 的交流正弦电流供电。通过选择合理的电源结构和控制方式,以实现响应速度快和电流纹波小的要求,并使RMP 线圈电源满足ELM 控制的需求,尽量降低对等离子体控制的不利影响。     

HL-2A 共振磁扰动线圈电源的方案设计与仿真

介绍了共振磁扰动(RMP)电源的电路拓扑结构,基本元器件的选取,初步控制方案以及电路相关的计算与仿真。RMP 线圈将由最大4kA 的直流电流或者最大频率1kHz 最大4kA 的交流正弦电流供电。通过选择合理的电源结构和控制方式,以实现响应速度快和电流纹波小的要求,并使RMP 线圈电源满足ELM 控制的需求,尽量降低对等离子体控制的不利影响。     

EPICS ��HL-2A ����ϵͳPLC �ϵIJ���

为了提高HL-2A装置的实验数据交换效率,通过在HL-2A上部署EPICS系统,结合HL-2A的控制系统PLC,提出并建立了一种可行的HL-2A指令与数据共享方法,同时给出了程序的实例.     

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在HL-2A装置上研制了用于测量等离子体密度分布的两套幅度调制微波反射仪。微波反射仪采用时间延迟法。这两套微波反射仪有不同的频率范围(26.5～40GHz和40～60GHz),它们所对应的密度测量范围是(0.84～1.98)×1019m-3和(1.98～4.47)×1019m-3。时间分辨率可达1ms,空间分辨率约为5mm。     

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应用准光学原理设计了HL-2A装置电子回旋共振加热(ECRH)系统新的集束天线,该天线能使4束68GHz/500kW/1s电子回旋波通过椭球镜聚焦和平面镜的反射,从一个直径350mm装置窗口同时注入托卡马克,对等离子体实现加热。根据基模高斯束的传播原理得出,在装置环向横截面中心处单条波束的功率密度为158MW•m-2,功率密度降为中心密度的1/e2的半径为31.7mm,微波束经过镜面聚焦和反射产生的欧姆损失和衍射损失分别为0.27%和0.64%。利用有限元分析软件Ansys对镜面进行热分析得到,在1s脉冲载荷下最大镜面温升仅为0.47℃,镜面可以自然冷却。     

HL-2A装置ECRH系统的新天线设计

Using the principle of quasi-optic, the new antenna of the electron cyclotron resonant heating(ECRH) system on the tokamak HL-2A has been designed. After being focused by the elliptical mirror and reflected by the plane mirror, 4 68GHz/500kW/1s electron cyclotron wave beams would be injected into the tokamak from one Æ350mm port to accomplish heating to the plasma. Based on the propagating theory of the fundamental Gaussian beam, it is gotten that at the centre of the cross section of the tokamak, the power density of each beam is 158MW•m^-2, and the power density radius, which means that the power density is reduced by a factor 1/e² compared to the power density at the centre of the beam, is 31.7mm. On the mirror, due to the focusing and reflecting, the ohmic loss and diffraction loss of the microwave beams are 0.27% and 0.64%, respectively. By the finite element analysis software ANSYS, some thermal analysis of the mirror have been done. The result shows that the highest temperature increase would be only 0.47℃ under 1s pulse load, so there is no need of any cooling.     

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为进一步提高HL-2A装置的放电参数和优化等离子体位形，给出了三种可能的主机改造途径：保留真空室，去掉并调整真空室内部分多极场线圈的局部改造方案；保留真空室，重新布局极向场线圈的中等规模改造方案；重新设计真空室和极向场线圈系统的大规模改造方案。对三种改造方案对放电参数和位形的影响和改造工程的可行性进行了分析比较，重新设计真空室和极向场线圈系统的大规模改造方案是最佳选择。     

Computation of the Magnetic Field and Ripple for the Toroidal Coils in HL-2M Tokamak

The magnetic induction and its ripple due to reconstructive toroidal coils are calculated. The field ripple is so small that the influence of ripple can be omitted for the plasma discharge.     

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介绍了HL-2A欧姆电源及其逻辑无环流运行方式。用于判断负载电流过零点的变流器状态检测器通过监测变流器每个晶闸管桥臂的状态来判断负载电流是否为零,克服了直接测量负载电流精度低、可靠性差的不足。此检测器的响应时间可达1ms。欧姆电源运行在逻辑无环流方式下可使欧姆变压器的伏秒数得到充分利用,提高装置的放电参数,等离子体电流可达420kA。     

HL-2A 装置偏滤器改造的初步设计

根据HL- 2A 装置的结构特点, 提出了HL- 2A 装置偏滤器系统改造的基本方向。对HL- 2A 极向场线圈系统进行了优化设计, 计算了单零平衡位形, 进行了开放式偏滤器的结构设计, 并对新的偏滤器系统进行了热分析和结构分析。结果表明, 新的偏滤器系统新的偏滤器系统能够满足具有一定拉长比和三角形变的等离子体放电要求。     

HL-2A装置上一种测量等离子体位移的新方法

描述了用非对称结构的拾取线圈测量托卡马克装置等离子体位移和极向场不对称因子的方法,介绍了HL-2A装置拾取线圈的布置和位移测量的实验结果。并把用此方法测量的等离子体位移与用其他诊断方法测量的结果进行了比较。     

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采用对比分析的方法,对基于TM703FB四极管调制技术的高压调制器和基于IGBT串联技术的全固态调制器的工作原理以及实验结果进行了对比分析。对比分析表明,采用IGBT串联技术的新型全固态高压调制器相对采用电子管技术的传统高压调制器具有众多优点,在HL-2A物理实验中具有重要的应用价值。     

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68GHz ECRH系统由6套0.5MW/1s(1.5s)子系统构成,140GHz ECRH系统由2套1MW/3s子系统构成。每套子系统由独立的传输线与天线相连,再通过天线注入等离子体。68GHz ECRH子系统为非真空传输线,以内径为80mm的过模波纹圆波导为主要传输部件,包括隔直器、弹性波导、换向波导和一个槽纹深度为l/2的极化器;140GHz ECRH子系统为真空传输线,以内径为63.5mm的过模波纹圆波导为主要传输部件,包括隔直器、弹性波导、换向波导、转换开关、抽气波导和槽纹深度分别为l/4与l/8的极化器。经过不断地完善,68GHz ECRH系统传输线已成功运用于ECRH运行中,整条传输线的输送效率可以达到90%左右。对于140GHz ECRH系统,已完成了传输部件的整体设计,目前正在进行相关部件加工测试。