HL-2A装置等离子体边缘的单探针快采测量

托卡马克装置等离子体边缘和刮离层(SOL)物理的实验和理论研究是目前聚变装置中等离子体的杂质含量、杂质源分布以及SOL和芯部等离子体中各种杂质输运过程研究的重要课题之一。等离子体表面相互作用导致杂质的产生和随后杂质传输以及对芯部等离子体的污染。在孔栏和偏滤器靶板表面上易产生的离子通量的电荷态和能量通过物理贱射是确定杂质释放大小的最重要因素，而化学贱射是取决于表面形成的元素、碰撞的等离子体和表面温度。杂质传输强烈地取决于刮离层等离子体的背景特征，如温度、密度、传输效率和流速。     

电子非广延分布的多离子磁化等离子体鞘层特性

等离子体磁化鞘层在半导体加工、材料表面改性、薄膜沉积等方面都发挥着重要作用.在等离子体实验和放电应用中,常存在由两种以上离子组成的多离子等离子体;对于长程相互作用的等离子体系统,非麦克斯韦分布的电子可通过Tsallis的非广延分布来描述.本文针对多离子等离子体鞘层建立一维空间坐标三维速度坐标的流体模型,假设鞘层中电子速度服从非广延分布,本底氦离子和不同种类的杂质离子在有一定倾斜角度的磁场中被磁化,通过数值模拟探究了非广延参量、杂质离子及斜磁场对多离子磁鞘中离子的数密度、速度、壁面电势和离子动能等物理量的影响.结果表明,在氦氢或氦氩混合等离子体鞘层中,随着非广延参量增大,离子沿垂直壁方向的速度减小,鞘层中离子、电子数密度均减小,鞘层厚度减小,壁面处离子动能减小;当杂质离子浓度增大时,壁面处离子动能与离子种类无关.随着磁场强度的增大,氦离子数密度和沿垂直壁方向的速度在鞘边出现起伏,且波动幅度随着非广延参量的减小而增大,而重离子则无明显的波动.此外,还分析了杂质离子种类和浓度对鞘层相关特性的影响.     

偏滤器靶板附近氦输运的蒙特卡洛模拟

本文用Monte Carlo方法模拟了偏滤器扁平抽气收集板附近区域的氦原子输运。考虑了氦原子被电子碰撞电离,氦原子与等离子体离子之间的弹性散射等原子过程以及离子的热运动和沿磁力线的流动。计算表明当偏滤器等离子体密度在7cm距离内从里向靶板逐渐增加约4.7倍,而温度分布保持不变时,氦灰返回靶板的几率比密度在7cm内向靶板递减4.7倍的通常正分布提高约45％。磁力线与靶板的交角、靶板的温度,边缘等离子体鞘层电位以及不同的靶材料对氦返回靶板几率的影响作了比较。得到的结果对托卡马克聚变裂变增殖堆孔栏和偏滤器工程设计有参考价值。     

HL-2A装置杂质线辐射测量的初步结果

杂质作为等离子体和第一壁相互作用的产物，由于能强烈地影响等离子体品质而一直是人们关注的焦点之一。杂质作为托卡马克中热辐射和冷电子的来源，影响等离子体能量和粒子的平衡，进而影响等离子体密度、温度和电流的分布，制约着托卡马克等离子体的输运和稳态运行。     

紫外激光探针在Z-pinch中的应用北大核心CSCD

报道了基于脉冲宽度为16ns、波长为266nm、总能量为30mJ、时间分辨为1.6ns的紫外激光四分幅阴影成像系统,用于研究Z-pinch产生等离子体与在丝阵负载中心放置塑料泡沫材料相互作用输运规律,研究动态黑腔形成过程的主要物理因素。使用高能高密度激光束透射等离子体,依据等离子体对激光束吸收衰减特性诊断激光束通过等离子体后的空间强度分布,通过理论计算获得等离子体空间密度分布,获得等离子体产生的早期稳定性、箍缩速度等规律。实验研究表明,在X射线峰值前约-25ns等离子体开始压缩塑料泡沫,在峰值前-5ns压缩到最小,之后泡沫开始膨胀。在X射线峰值时刻泡沫直径由3mm压缩到直径约为1mm,对泡沫的最大压缩比约为9倍。实验测量压缩速度约为3.3×10~6 cm/s,并给出了不同时刻的磁流体不稳定结构分布。     

在Bohm模式下氘氚燃烧的等离子体温度分布

在一定的等离子体密度分布下,从电子和离子能量输运方程出发,研究了氘氚燃烧下的等离子体温度分布.研究中采用了JET适用的Bohm模式下的热传导系数,考虑了α粒子的反常扩散效应,动态反馈加热.研究结果表明,Bohm模式下的热传导率从等离子体中心到边缘逐渐增加;为了维持氘氚燃烧,必须有动态反馈加热,否则,燃烧将熄灭;α粒子的反常扩散,使得加热效率因子η_α在中心区域小于1,在外层大于1;α粒子的反常扩散越强烈,中心离子温度越高,是由于中心区域的热传导小,电子温度低,反馈加热功率增加的结果;B 关键词：     

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通过中平面活动10探针组、往复快速扫描4探针和低杂波天线口的固定4探针测量了主等离子体边缘的温度、密度、悬浮电位、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。用偏滤器靶板上的14组嵌入式静电3探针阵列测量了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。比较了在孔栏位形和偏滤器位形下边缘等离子体特性的差异,特别是两种位形下边缘温度和密度衰减长度的变化。分析了在多脉冲超声分子束加料和低杂波注入条件下的边界等离子体特性,以及雷诺协强的径向梯度与极向流和径向电场梯度与湍流损失的相互关系。     

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。     

强流电子束源阴极等离子体的粒子模拟

 模拟了强流电子束源阴极表面附近区域数密度约1014 cm-3的等离子体的膨胀过程,观察到等离子体膨胀速度约为1 cm/μs。通过观察不同时刻阴极附近电子和离子的相空间分布、数密度分布和轴向电场分布,分析了等离子体膨胀过程。结果表明:等离子体的产生使得阴极表面电场增强,进而增大阴极的电流发射密度,电流密度增加使得空间电荷效应增强,并使等离子体前沿处的电场减小,当等离子体前沿处的电场减小到零时等离子体向阳极膨胀。讨论了等离子体温度、离子质量、束流密度和离子产生率对等离子体膨胀速度的影响。结果表明:等离子体的膨胀速度随着等离子体温度升高而增大,随离子质量增大而减小,但膨胀速度不等于离子声速;等离子体产生率越小,等离子体膨胀速度越小。     

介质表面附近微波大气击穿的理论研究

将麦克斯韦方程组和简化等离子体方程耦合求解, 对介质表面附近大气击穿形成等离子体的过程进行了理论研究. 分别使用一维、二维模型对等离子体的形成过程及等离子体对电磁波的反射、吸收过程进行了模拟研究. 一维计算结果发现在n_e = 0, j = 0两种边界条件下, 虽然形成的等离子体密度分布相差较大, 但二者得到的微波反射、吸收、透射波形彼此相差不大. 初始电子数密度厚度为20 mm的条件下, 得到界面附近的等离子体密度大于5 mm厚度的情况. 二维计算结果发现, 由于TE10模在波导中心位置处的微波电场最强, 电子碰撞电离首先在中心位置处形成等离子体, 当等离子体密度达到一定值(临界密度附近)时, 波导中心介质表面处微波场强减小, 等离子体区域沿着介质表面向两侧移动. TE10模在波导边缘处微波电场强度小于击穿阈值, 因此等离子体区域不可能移动到波导边缘附近.     

托卡马克删削层与偏滤器中等离子体输运的解析研究

研究了托卡马克删削层和部分偏滤器等离子体的输运问题.利用粒子数守恒和“两点模型”,计算了在有摩擦的情况下,删削层中等离子体的密度分布、温度分布和杂质辐射的功率损失 关键词： 偏滤器区域 删削层 等离子体输运     

FEB-E动态气靶偏滤器的研究

在ＦＥＢ－Ｅ设计阶段,偏波器从开放式固定板靶优化为封闭式气体靶,以改善偏滤器的杂质控制和增加离子与气体的相互作用,通过喷气和注入杂质获得的部分脱靶等离子体形成了动态气体靶,喷气能降低删削层（ＳＯＬ）处等离子体温度,沪入的杂质增加了ＳＯＬ处的辐射功率,使靶板的负载降低,用ＮＥＷＴ１Ｄ编码模拟了ＳＯＬ处等离子体和杂质（硼杂质）的输运,得到了杂质、等离本温度和等离了体密度分布。着眼于杂质的滞留物辐射,优     

HT-7装置液态锂限制器实验中锂的腐蚀与沉积特性的研究

在磁约束聚变等离子体装置中, 面对等离子体的第一壁将直接影响高温等离子体性能及第一壁寿命, 具有表面自我修复的、能有效抑制边界粒子再循环的液态金属锂第一壁越来越被重视, 其中液态锂第一壁与等离子体相互作用的研究尤其重要. 本文研究了HT-7装置液态锂限制器实验中锂的表面腐蚀及在装置内沉积特性、及其对等离子体性能影响. 实验表明, 当锂与等离子体相互作用较弱时, 锂以微弱的蒸发及溅射形式从表面腐蚀并进入等离子体, 表现为锂的线辐射有所增强, 等离子体内杂质水平降低, 氢再循环降低, 有利于等离子体约束性能提高; 当锂与等离子体间的相互作用比较强时, 锂主要以锂滴形式直接进入等离子体, 引起锂的辐射爆发, 最终引发等离子体放电破裂. 通过对锂斑及样品的分析发现, 锂主要沉积在限制器周围, 并且在低场侧及沿着等离子体电流方向沉积居多, 表现为极向和环向分布不均匀, 这也导致边界粒子再循环分布的不均匀. 这些实验为研究液态锂第一壁与等离子体相互作用, 分析液态锂第一壁在托卡马克装置上应用具有重要参考意义.     

Study of multiple impurity seeding effect using SONIC integrated divertor code for JT-60SA plasma prediction

In order to study the potential impurity seeding operation regime of the future fusion devices, the first application of the integrated divertor code SONIC to the Ar + Ne mixed-impurity seeding operation of JT-60SA steady-state high-β plasma has been carried out. In the case, Ne is added to Ar-only seeding, the separatrix electron density has fell into the desired low separatrix electron density of the scenario. This is mainly because the D⁺ flow velocity towards the inner divertor has been increased by the Ne seeding. The resultant friction force transports Ar impurities towards the inner divertor region, while impurities are stagnated in the top of scrape-off layer (SOL) in the Ar-only seeding case. The higher impurity radiation power in the divertor regions and lower one in the SOL region above the X point have been obtained in mixed-impurity seeding cases, which show similar tendency as the Ar + Ne mixed-impurity seeding experiment in JT-60 U. At the core edge, Z_eff has been slightly increased and the radiation power has been decreased as the Ne seeding rate increases. The core plasma/impurity transport has been also evaluated by the TOPICS code using the impurity density at the core edge computed by the SONIC as a boundary parameter. The results show lower Z_eff and radiation power, and higher electron temperature in the core in the mixed-impurity seeding cases. Above possible contributors to the better energy confinement indicate that the mixed-impurity seeding operation might be more effective than Ar-only seeding operation.     

Nonlinear collisional monte carlo simulations for high-temperature SOL plasma

A nonlinear Monte Carlo collisional model is applied to to investigate scrape-off layer (SOL) plasmas with high temperatures. In the proposed SOL modeling, A steady state SOL plasma, which satisfies the particle and energy balances and neutrality constraint, is determined in terms of total particle and heat fluxes across the separatrix, the edge plasma temperature, the secondary electron emission coefficient, and the SOL size. A conductive heat flux into the SOL is effectively modeled via random exchange of source particles and the SOL plasma particles. It is found that the potential drop and the electron transmission factor in the collisional SOL plasma are in good agreement with the theoretical prediction. The cooling effect of secondary electrons in the high temperature divertor operation is investigated. In such a collisionless plasma, the present nonlinear collision model is useful because the electron distribution function deviates far from a Maxwellian distribution. In the presence of strong secondary electron emission, the electron sheath energy transmission factor in the collisionless regime is found to be significantly smaller than that in the collisional regime. This fact suggests that a high-temperature divertor operation can be possible.     

Physical mechanisms in divertors and their impact on the core

The magnetic separatrix in a diverted tokamak determines the boundary between closed and open magnetic field lines. Even though the main influences on the physics of SOL and core regions may be different and shift from the plasma-neutral coupling and impurity radiation in the scrape-off layer (SOL) to anomalous plasma transport in the core, the influence of this boundary persists over some width, both into the core region and into the SOL. We give a short review of the progress in the divertor-SOL physics and discuss the links between edge core and SOL plasmas which are likely to have an important role in different edge-plasma phenomena.     

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。     

相干结构Blob在HT-7托卡马克边界的传播

相干结构Blob的间歇爆发清晰地反映在HT-7托卡马克边界探针的离子饱和流信号中,Blob 的径向传播在近刮削层堆积出一个温度和密度的平台区,使密度和温度分布偏离了指数分布.条件平均方法提示了间歇脉冲结构空间分布的均匀性,Blob内部等离子体参数远高于背景等离子体参数,并且呈现出涡旋的形态.最后闭合磁面附近的数据显示,...     

HL-2A装置快速扫描气动探针的研制和运用

快速扫描气动探针已在HL- 2A 装置上用于对边缘等离子体参数的径向分布的测量, 特别是刮离层等离子体参数的特征长度和扰动的测量。该系统采用精密的气动气缸驱动带有探针组件的长驱动杆, 其最快速度可在60 ms 时间内水平扫描8 cm 的距离。探针信号测量具有1MHz 的快速时间响应和0. 04 mm 的空间分辨率。可靠地测量了HL- 2A 装置边缘电子温度和密度的时空分布。     

Properties of the Tokamak Edge Plasma

A short review of some features of the edge plasma in limiter tokamaks is given. The limits of the simple 1-D SOL model and the relation between the core plasma are discussed. MARFE phenomena and detached plasma are closely connected with the particle and energy balance of the SOL. Their occurrence is based on the relation of plasma parameters of the edge plasma to those of the core. Important problems of plasma wall interactions are the detection of the impurity sources and sinks and the study of the impurity transport and shielding. The non-uniform character of plasma wall interactions and their dependence on the discharge performance still renders difficult any theoretical forecast of impurity distribution and transport and calls for better diagnostics.