Disruption mitigation using laser ablation of high-Z impurities in HL-1M tokamak

A preliminary experiment triggering a plasma current quench by laser ablation of high-Z impurities has been performed in the HL-1M tokamak. The injection of impurities with higher electric charges into tokamak plasmas can increase the radiation cooling of the plasma. Resistive, highly radiating plasma formed prior to the thermal quench can dissipate both the thermal and magnetic energies, which is possibly a simple and potential approach to reducing significantly the plasma thermal energy and magnetic energy before a disruption thereby a safe plasma termination is obtained.     

HL-2A 装置可见光诊断方法初探

等离子体H_α 径向分布的测量是等离子体实验中的重要内容。在HL- 2A 实验中, 等离子体成像系统中的CCD 图片记录了等离子体辐射信息, 特别是H_α  线辐射信息( 在相机前加H_α 滤光片) 。因为光测量是辐射的线积分, 数据的处理和分析显得十分必要的。利用等离子体可见光成像系统, 采用Abel 变换, 得到H_α  在HL- 2A 装置中的径向分布, 提供了一项可靠的测量手段。     

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HL-2A和HL-1M装置采用了激光吹气注入高Z杂质来缓减大破裂中的等离子体电流衰竭,并给出了初步实验结果。在HL-2A装置上建立了利用MHD扰动的参量预报放电破裂先兆的报警系统,研制了MHD实时检测与处理系统,实现了放电破裂先兆的预报、快速触发激光吹气、形成阻性高辐射等离子体、消耗热能和磁能,缓减大破裂。实验证明,这是一种使得大型聚变实验装置在放电破裂之前显著减少等离子体中热能和磁能,而且能安全终止放电的简单、快速和有效的途径。     

用丝电流方法快速识别HL-2A等离子体边界

利用等离子体外部测量的磁场信号,使用丝电流方法对HL-2A等离子体边界进行了快速识别。介绍了该方法的原理、相关的测量系统配置和该程序的研制进展。对识别结果进行了讨论。     

HL-2A 装置的边缘参数测量

HL-2A 装置中平面边缘的等离子体特性通过磁力传动的马赫/ 雷诺协强/ 朗缪尔10 探针组进行了研究。10 探针组安装在可径向向里和向外移动, 并可绕轴旋转360^o 的传动杆上, 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、湍流的雷诺协强、径向和极向等离子体流速及其径向分布。HL- 2A 装置的实验结果表明, 边缘等离子体扰动诱发的雷诺协强产生了边缘极向流; 雷诺协强的径向梯度驱动带状流抑制了湍流输运。     

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使用人工神经网络(ANN)对HL-2A装置破裂放电进行了离线预测研究。采用了两种方法训练网络,一种方法是采用原始实验数据作为网络输入训练网络,另一种是把训练样本中的Mirnov原始实验信号进行预处理,目的是突出Mirnov原始信号隐含的破裂信息。比较这两种方法,结果表明第二种方法获得的网络对破裂放电能够做出更加准确的预测。     

用人工神经网络预测HL-2A等离子体放电破裂

使用人工神经网络(ANN)对HL-2A装置破裂放电进行了离线预测研究。采用了两种方法训练网络,一种方法是采用原始实验数据作为网络输入训练网络,另一种是把训练样本中的Mirnov原始实验信号进行预处理,目的是突出Mirnov原始信号隐含的破裂信息。比较这两种方法,结果表明第二种方法获得的网络对破裂放电能够做出更加准确的预测。     

The first results of divertor discharge and supersonic molecular beam injection on the HL-2A tokamak

HL-2A tokamak is the first tokamak with divertors in China. The plasma boundary and the position of the striking point on the target plates of the HL-2A closed divertor were simulated by the current filament code and they were in agreement with the diagnostic results in the divertor. Supersonic molecular beam injection (SMBI) system was first installed and tested on the HL-2A tokamak in 2004. In the present experiment low pressure SMBI fuelling on the HL-2A closed divertor was carried out. The experimental results indicate that the divertor was operated in the `linear regime' and during the period of SMB pulse injection into the HL-2A plasma the power density convected at the target plate surfaces was 0.4 times of that before or after the beam injection. It is a useful fuelling method for decreasing the heat load on the neutralizer plates of the divertor.     

HL-2A装置大拉长比和三角形变等离子体位形设计

介绍了基于MATLAB 程序自主开发的等离子体位形编辑和设计代码SE,包括其设计原理、主要功能、人机界面和操作步骤。通过SWEQU 代码对SE代码的准确性进行了有效验证,分别用上述两种代码设计和验证了两种具有中等拉长比和三角形变位形的放电参数。具有较高拉长比和三角形变位形的实现需要投入装置的上偏滤器线圈来突破圆形截面的限制。最后通过SE代码编辑了一个较大拉长比和三角形变的等离子体位形,并获得了相应的放电参数。结果表明,在HL-2A 装置投入上偏滤器线圈后,可以得到具有较大拉长比和三角形变的新等离子体位形,这些位形为提高HL-2A 等离子体的品质奠定了坚实的基础。     

石英晶体微天平在HL-2A装置上的应用

在HL-2A装置上采用石英晶体微天平(QCM)测量碳元素及其化合物的沉积质量,从测量的数据可知,每次等离子体放电后QCM的沉积量都会有细微变化,每次放电测得的沉积质量约为0.1~10μg。沉积量的变化与沉积物质再腐蚀或者溅射有关。根据一天的测量结果,可以计算得出HL-2A装置偏滤器区域平均每次放电(非H模放电)的沉积厚度约为10nm。     

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在HL-2A装置上采用石英晶体微天平(QCM)测量碳元素及其化合物的沉积质量,从测量的数据可知,每次等离子体放电后QCM的沉积量都会有细微变化,每次放电测得的沉积质量约为0.1~10μg.沉积量的变化与沉积物质再腐蚀或者溅射有关.根据一天的测量结果,可以计算得出HL-2A装置偏滤器区域平均每次放电(非H模放电)的沉积厚度约为10nm.     

HL-2A装置偏滤器室中性气体压强的初步研究

HL-2A装置上首次实现了偏滤器位形放电。采用专门研制的可在强磁场和强噪声环境下工作的快响应真空电离规对偏滤器室内的中性气体压强进行了测量,给出了HL-2A装置偏滤器有关结构的基础数据。初步研究了偏滤器位形和孔栏位形放电期间偏滤器室中性气体压强的特性。     

HL-2M 装置初始放电安全联锁系统研制

为确保 HL-2M 装置能安全、稳定地进行初始等离子体放电实验,参考国际热核聚变实验堆(ITER) 的安全联锁设计,并结合 HL-2M 装置的实际现状,建立了一套基于可编程逻辑控制器(PLC)慢控制的中央安全联 锁系统。搭建了一套千兆光纤星形网用来满足各系统之间的通讯。中央安全联锁系统根据故障风险等级和预先设 定的故障处理机制,协调各子系统进行联锁保护动作。WINCC 监控画面显示各子系统的运行状态和故障信息。 采用 EPICS CA 协议和 S7nodave 驱动实现了软 IOC 读取 PLC 变量,并结合 C#编程实现了对主机大厅门禁访问系 统的控制,保障了人员和设备的安全。该套中央安全联锁系统已经投入使用,平均扫描周期 1~3ms,满足 HL-2M 装置初始等离子体放电的安全联锁保护需求。     

HL-2A单零偏滤器的位形特征

利用积分方法对多种电流剖面下HL2A装置单零偏滤器位形特征进行了计算研究。积分方法的优点是可以在任意电流剖面下求解具有X-点的自由边界的Grad-Shafranov方程。对HL2A装置而言,大体上可以在合理设定的分界面形状下,经几次叠代计算出各组极向场线圈(垂直场,三对多极场和多极补偿场以及水平场)中的电流。HL-2A的单零偏滤器位形基本上是圆截面加上在X-点附近的局部形变。对刮离区和偏滤器靶板区磁力线特性进行了分析以确定偏滤器的品质。     

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利用红外相机对HL-2A装置外偏滤器靶板的表面温度进行了测量,得到了具有一定时空分辨的红外热图。用一维热传导模型对热点处的温升进行数据处理,得到了轰击点上的热负荷演变曲线。分别对辐射偏滤器、ECRH加热、中性束注入、破裂四种放电情况下的热负荷曲线进行了分析,并就辐射偏滤器和破裂两种放电的热负荷与靶板探针测得的结果进行了比较。     

辅助加热下HL-2A边界层等离子体数值模拟

以二维边界等离子体流体模拟代码B2.5为核心,编制适合于具有封闭偏滤器位形特征托卡马克的边界层网格划分代码和计算后处理代码.模拟分析HL-2A托卡马克有约3MW辅助加热功率时的边界等离子体特性.结果表明,偏滤器靶板前形成了致密低温等离子体,偏滤器运行于高再循环状态.     

HL-2A 装置中利用可见光谱段轫致辐射测量有效离子电荷数

通过测量可见光谱段的轫致辐射(λ=535.1nm)强度,结合等离子体电子密度和电子温度,HL-2A     

HL-1装置等离子体可见光谱实验

本文给出了HL-1装置等离子体光谱杂质分析,测量了清洗放电时电子温度随环电流的变化关系,根据积分光谱估计了放电时等离子体的离子温度,得到了放电时CV2270.91A线的马鞍形波形。     

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The multichannel bremsstrahlung measurement system on HL-2A tokamak has been using to observe the intensity of visible (535.1nm) bremsstrahlung radiation. Combined the intensity with plasma electron density and electron temperature, the effective ion charge measurements can be obtained on HL-2A tokamak. The 1×10¹⁹m⁻³ to4×10¹⁹m⁻³ experimental results show that when the plasma electron density increases from 1×10 m to 4×10 m , the effective ion charge number changes from 5 down to around 2. The bremsstrahlung radiation signal intensity is proportional to the quadratic plasma density. When the electron density is higher than 3×10¹⁹m⁻³, the multichannel bremsstrahlung measurement system can collect sufficient signal through the plasma, which enables the measurement of effective ion charge radial profile.