HL-2M等离子体对共振磁扰动线圈电流相位响应的模拟

在HL-2M托卡马克平衡位形(Ip=1.0MA,βN=1.62,q95=4.01)下,使用环形单流体程序MARS-F研究了等离子体对共振磁扰动(RMP)线圈电流相位差的响应.在最优相位差时,扰动磁场显著地改变边界层磁场的拓扑,形成明显的磁岛链,增加了等离子体在边界层的输运,降低了压强梯度,减小了对ELM的驱动.模拟结果...     

EAST中n=4共振磁扰动下等离子体的环向旋转制动

在EAST中n=4的共振磁扰动下观察到明显的等离子体旋转制动效应,其分布具有全局性,且峰值靠近等离子体中心。利用模拟得到的新经典环向粘滞(NTV)力矩来反演等离子体环向角速度的变化,结果表明在大部分径向区域与实验测量的速度变化符合得较好,量值上相差约1～2倍。     

等离子体对共振磁扰动的流体和动理学响应的模拟研究

本文利用MARS-F/K程序和解析方法,模拟研究了‘类-DEMO’平衡下等离子体对共振磁扰动的流体响应和动理学响应.研究发现,当新的有理面经过等离子体边缘台基区时,最外层有理面处总径向扰动场b₍res(tot))¹和等离子体边界X点附近扰动位移ξX两个优化参数在特定的q₉₅(95%归一化极向磁通量处的安全因子)窗口出现峰值,峰值的个数y与环向模数n呈正相关,即y≈n?q₉₅(?q₉₅=3.5).上下两组线圈电流相位差的最优/差值与q₉₅之间满足线性依赖关系,可用线性函数进行拟合.线圈电流幅值的优化不改变电流相位差的最优值,但可以增大优化参数ξX.线圈电流幅值的最优值依赖于环向模数n.包含背景粒子和高能粒子动理学效应的结果表明,对于低β(等离子体比压值)等离子体,动理学响应与流体响应保持一致,与有无强平行声波阻尼无关;而对于高β等离子体,在流体响应模型中需要考虑动理学效应的修正作用.考虑强平行声波阻尼(κ_∥=1.5)的流体响应模型能够很...     

托卡马克装置中等离子体环向旋转对三维响应场的影响

本文利用MARS-F程序,数值研究了HL-2M托卡马克装置高比压等离子体中,环向旋转对外加共振磁扰动场的响应特性的影响.研究发现,等离子体响应显著改变共振磁扰动的谱分布,并影响等离子体内部共振磁扰动场与共振磁扰动线圈电流相位差的依赖关系,从而改变有理面处径向扰动场的幅值.当边界旋转频率较小时,在最外有理面处,等离子体响应对外加共振磁扰动场有明显的放大效应.通常,边缘局域模的控制效果依赖于最外有理面处共振磁扰动场的幅度,因此可通过控制旋转剖面实现对共振磁扰动场的调控,进而优化边缘局域模的控制方案.     

EAST托卡马克上共振磁扰动对锯齿行为的影响

锯齿振荡是托卡马克装置上常见的磁流体不稳定性之一.先进实验超导托卡马克(experimental advanced superconducting Tokamak,EAST)装置放电中观察到外加共振磁扰动(resonant magnetic perturbation,RMP)会影响锯齿振荡行为.本文研究了环向模数n=2的RMP对锯齿周期的影响.通过RMP线圈相位差扫描实验发现,当RMP上下线圈(n=2)相位差Δφ_UL发生变化时,扰动场的谱型发生变化,锯齿周期和崩塌幅度也随之发生明显的改变.单流体电阻磁流体力学(MARS-F)程序分析表明,在相同实验条件下,当RMP上下线圈(n=2)相位差为Δφ_UL=270°时,等离子体芯部区域的响应最强,此时锯齿周期和幅度最小.锯齿行为的改变可能与RMP引起的快离子损失相关.该研究利用RMP上下线圈(n=2)实现对锯齿行为的有效调控,有利于未来EAST发展高比压放电条件下的大锯齿自动控制技术.     

托卡马克等离子体中共振磁扰动场放大效应对离子轨道特性的作用

首先,利用MARS-F程序模拟了HL-2A装置中不同电阻率、环向旋转频率和环向模数条件下等离子体对共振磁扰动(RMP)的线性响应过程,分析了不同情况下共振场放大效应对三维扰动磁场的影响;然后,利用Boris算法追踪了三维场作用下的离子轨道,并详细探究了不同扰动磁场改变离子轨道特性的物理机制.研究发现,考虑等离子体响应后...     

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。     

EAST共振磁扰动线圈电源响应延迟分析及优化

为了提高EAST装置中共振磁扰动(RMP)线圈电源的输出电压、电流响应速度和输出特性,对共振磁扰动线圈电源的响应时间延迟进行了分析和优化处理。详细分析了对称规则采样和单极性倍频PWM调制过程所产生的时间延迟,针对该部分时间延迟提出了多次采样延时数据更新方法,对逆变电源控制器进行优化和改进。实验结果表明,采用该方法后电源输出响应时间延迟从206μs减小为70μs,可以满足EAST实验的需求。     

托卡马克等离子体中内部磁扰动的测量研究

1引言 从约束的环向等离子体中观察到粒子与能量的损失率远比新经典输运理论所预言的损失率要大得多，该状态取决于平均等离子体参数与库仑碰撞。若干类型的等离子体湍流提供了附加的等离子体输运。等离子体参数的涨落将通过静电涨落和磁涨落引起输运。     

HL-2A等离子体边缘极向剩余胁强的研究

首次报导了托卡马克等离子体边缘与湍流相关的极向剩余胁强剖面的测量结果。采用外中平面往复式静电探针阵列对HL-2A托卡马克边缘的极向湍流动量输运进行研究。在没有外部动量注入的欧姆放电下,剩余胁强为有限值、且其空间剖面在等离子体边缘具有明显的径向梯度,表明托卡马克等离子体边缘存在极向动量源。由动量源产生的动量主要以扩散形式向与剩余胁强相反的方向传播,最终的结果是等离子体边缘存在有限的雷诺胁强。在最后闭合磁面以内0.5~2cm区域,剩余胁强的梯度提供自发旋转的力矩,由该力矩引起的动量产生与由速度梯度引起的动量扩散共同导致了雷诺胁强出现负梯度,造成动量沉积,从而驱动极向平衡流。     

用逃逸扩散系数对HL-1M装置中内部磁扰动的研究

从约束的环向等离子体中观察到粒子与能量的损失率远比新经典输运理论所预言的损失率要大得多，该状态取决于平均等离子体参数与库仑碰撞。若干类型的等离子体湍流提供了附加的等离子体输运。等离子体参数的涨落将通过静电涨落和磁涨落引起输运。该涨落所驱动径向粒子通量为：     

磁等离子体发动机中磁喷管分离过程的流体模拟

磁等离子体发动机在深空探测、载人航天等领域具备广阔的应用前景.发动机的磁喷管单元将离子能量转化为轴向动能,对磁喷管中等离子体与磁场分离的物理过程开展研究对提升发动机推进效率具有重要意义.本文建立了针对磁等离子体发动机中磁喷管的流体数值模型,并在不同入口离子温度、背景磁场条件下开展了数值模拟.计算结果表明:等离子体向下游运动的过程中轴向速度增大,并与磁力线逐渐分离,绝热性损失分离机制在分离过程中起主导作用;入口离子温度升高,离子轴向速度增大,离子与磁场分离位置更靠上游,但不会对阻性分离过程产生影响;背景磁场增强,下游离子速度减小,流线与对称轴的夹角减小,各种分离机制中绝热性损失分离机制仍起主要作用.     

用磁探针反演磁岛二维结构的方法及其在HL-2A装置上的应用

介绍了HL-2A装置中利用磁探针数据反演磁岛极向二维结构的新方法,以及在反演基础上建立的撕裂模动态分析方法。在实验中通过磁探针测量确定作为扰动磁场来源的扰动电流。将扰动磁通与由EFIT重建的平衡磁通叠加反演出磁岛的结构,并给出磁岛的宽度。然后,按时间顺序建构二维结构图并依次记录,之后依次展现图像就可以对磁岛进行动态分析。应用此方法进行撕裂模分析,得出了磁岛旋转与电子抗磁漂移方向相同,验证了磁岛宽度与扰动场的关系及ECRH对磁岛的抑制作用。这显示了磁探针反演磁岛结构方法的直观性,对观察并控制MHD不稳定性非常有利。     

ITER装置中等离子体旋转和反馈控制对电阻壁模影响的数值研究

在托卡马克等离子体中,电阻壁模是非常重要的磁流体不稳定性,特征时间在毫秒量级.对长时间稳态运行下的先进托卡马克,电阻壁模限制着聚变装置的运行参数空间(放电时间和比压),影响经济效益,所以研究电阻壁模稳定性至关重要.本文使用MARS程序,针对ITER装置上9 MA先进运行平衡位形,研究了等离子体旋转和反馈控制对电阻壁模的...     

HL-2A 装置上的快扫Q 波段微波反射系统研制

介绍了在HL-2A 装置上发展的一套快速扫频的Q 波段外差微波反射系统,用于高时空分辨测量等离子体边缘到约束区的电子密度分布。该系统采用外差式连续波扫频调制技术(VCO),由外部任意波电压控制,工作频率为33~50GHz,全波段扫频周期达到6μs。在台面标定中发展了VCO 源的动态标定技术,并解决了微波源及器件的非线性响应、波导的色散特性等因素造成差频频率动态范围过大的问题,使反射面固定时系统输出的差频为定频信号,有利于降低噪声干扰和数据处理。同时发展了直接相位处理技术,实现快速的电子密度分布反演。实验中用该微波反射系统测得了L 模、H 模等不同等离子体放电条件下的电子密度分布,观测ELM 爆发前后台基区的形成与垮塌过程。     

探针对表面等离子体共振的影响

采用时域有限差分方法(FDTD)对探针诱导表面等离子体共振耦合纳米光刻(PSPRN)技术中探针的引入对表面等离子体共振(SPR)产生的影响进行了模拟分析,以获得最佳的光刻实验条件。结果表明,高斯光束聚焦光斑越小,SPR场增强效应也越小。接触模式下,针尖曲率半径为10 nm的硅(Si),35 nm,100 nm的金(Au)探针,分别使SPR共振角变化了0,0.8°和1°。且对于Au探针,针尖曲率半径大的,针尖处的局域场增强效应要小。分析表明,采用针尖曲率半径为10 nm的Si或35 nm的Au探针,在合适的SPR膜层上通过调整光入射角度,很有可能实现50 nm的光刻记录点。     

磁边界效应对径向磁场中等离子体束流运动轨迹的影响

根据离子与径向磁场的约束关系,用面向对象的单元粒子法模拟了极向偏转器中等离子体束流在均匀和非均匀径向磁场中的运动情况,得到了在磁边界效应下极向偏转器内部畸变电场的分布,分析了对质量分离的影响。模拟成果对质量分离器、质谱分析仪及材料提纯等装置的研制、特殊位形电磁场控制多质量束流等相关领域的研究有参考价值。     

法拉第旋转镜对旋转光纤磁光性能测量的影响

为了解决随机线性双折射对光纤磁光特性测量的影响,采用旋转光纤（SF）结合法拉第旋转镜（FRM）的测量方法,研究了FRM对旋转光纤磁光特性测量的影响。首先,从理论方面研究旋转光纤与FRM的引入如何减小光纤中的随机线性双折射对磁光特性测量的影响,并搭建基于FRM的旋转光纤磁光特性测试系统。当光源波长为1310 nm时,FRM作用前的旋转光纤费尔德常数都比未旋转光纤的大,且旋转光纤的节距越短,费尔德常数越大。特别是旋转光纤的节距为1.0 mm时,其费尔德常数为0.8304 rad/（T·m）,比未旋转光纤的费尔德常数[0.8029 rad/（T·m）]增大了约3.43%。当测试系统加入FRM后,不同光纤的费尔德常数测量值相较于未使用FRM的光纤费尔德常数测量值都有一定幅度的增大,尤其相比于节距为1.0 mm时的旋转光纤更进一步提高了7.50%,并且在FRM作用前后不同光纤费尔德常数测量值的均方差分别为0.99%和0.61%,说明FRM的引入提高了掺杂光纤费尔德常数的测量精度与稳定性。