HL-2A装置孔栏位形下激光吹气注入杂质的初步实验结果

在聚变堆条件下，等离子体中杂质将严重影响燃料的浓度，并产生大量的功率损失而倍受关注。普遍用于托卡马克等离子体杂质输运研究的方法是瞬态扰动法，主要以主动注入杂质源来研究杂质的扩散和对流过程。短脉冲型的杂质注入一般可采用快过程的压电阀和激光吹气两种方式，而激光吹气方法是一种不容置疑的最好的杂质输运研究方法，因为杂质的注入时间和注入量都可以得到很好的控制，几乎能研究任何状态的等离子体杂质输运过程并对等离子体参数的扰动最小。杂质输运信息可通过探测杂质离子的辐射来得到，这些辐射主要包括由光谱仪测量的线辐射信号和由软X射线成像技术得到的软X射线辐射信号，通过这些测量可带出杂质分布的空间和时间演化的信息，再利用数值模拟计算编码，重建实验数据，从而得到杂质输运的扩散系数D、对流速度V和约束时间等。     

HL-2A装置弹丸注入实验

弹丸注入加料与传统的补充送气加料方式相比具有以下几个优势：（1）更深的燃料沉积，（2）更高的加料效率，（3）更纯净的等离子体等。同时通过弹丸注入加料提高等离子体的性能已在很多托卡马克装置上得到了验证。由于弹丸注入后的粒子沉积会引起局部等离子体温度和密度梯度的变化从而影响等离子体输运性能，所以弹丸注入加料也可以作为研究粒子输运过程的方法。     

The Progression of the Impurities Injected into the Plasma Following by Soft X-ray Arrays on HL-2A Tokamak

Small amounts of metallic impurity is injected by laser blow-off on HL-2A tokamak in order to study transport phenomena. The particle transport is interpretated along     

HL-2A装置SDD软X射线能谱测量结果

Measurements of soft X-ray spectra during Electron Cyclotron Resonance Heating (ECRH) has been achieved on HL-2A tokamak using two independent silicon drift detector (SDD) systems. Electron temperatures are derived from the measured soft X-ray energy spectra. A comparison indicates that the results measured by SDD are consistent with ECE measurements. Experimental results of soft X-ray spectra measure- ment using SDD show that the increment of electron temperature is larger at z=0 than that at z = 16.4cm chord, so, we can conclude that the energy of ECW is deposited dominantly in the core of plasma and electron temperature profile become peaked during on-axis ECRH (B_T=2.4T). The statistic survey of ECRH discharges (2.41T ≤B_T≤2.43T,1.5×10¹⁹m^-3≤n_e≤2.5≤10¹⁹m^-3,300kW≤ECRH power≤600kW) shows that plasma electron temperature rises obviously during on-axis ECRH, especially, in the core of plasma (z=0). It has been observed that the on-axis ECRH can make electron temperature increase up to 30%～80% at z=0 chord and 15%～55% at z=-16.4cm chord.     

HL-2A装置SDD软X射线PHA阵列实验结果

用软X射线脉冲高度分析(PHA)阵列系统获得了等离子体的电子温度剖面和电子速率分布的时间演化。测量结果表明,电子温度剖面在OH阶段较平缓,接近抛物线1.0×[1-(r/a)²]²分布;而在ECRH(功率0.8MW)阶段,等离子体中心(z＝0)电子温度上升了0.6keV,边缘(z＝30cm)处只上升了0.1keV,反映出ECRH功率沉积在等离子体中心区域;在ECRH期间有大量的高能电子产生,因而电子速率分布在ECRH期间显著改变;等离子体中心的高能电子的数量和能量都比等离子体边缘的增加更大,ECRH(～0.8MW)期间等离子体中心(z＝0)产生的高能电子的能量可达17keV。分析表明：在ECRH(纵场B_t=1.3T)放电期间,ECRH加热效果显著,ECRH的功率主要沉积在等离子体中心附近;电子温度剖面在ECRH阶段较OH阶段峰化;ECRH期间有大量的高能电子产生,电子速率分布被改变成为非麦克斯韦分布。     

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。     

HL-2A装置超声分子束注入初步结果

HL-2A装置是我国第一个带偏滤器的托卡马克装置，于2002年投入运行。该装置的主要参数为：R=1．65m，n=0．4m，BT=2．8T，Ip=0．48MA，带有上、下对称的封闭式偏滤器。目前，HL-2A装置运行下单零偏滤器，为下一步改进偏滤器位形进行基础性研究。带有液氮冷阱的超声分子束注入系统首次安装并运行于2004年。初步实验结果是，多脉冲分子束注入用于封闭式偏滤器功能的演示和检验；多脉冲分子束注入HL-2A等离子体引起冷脉冲和密度扰动向中心传播。     

HL-2A装置初始运行阶段杂质和辐射行为的初步研究

作为国内第一个带有偏滤器的托卡马克装置，在HL-2A装置的起始运行阶段，了解等离子体中存在的杂质种类和辐射水平、评估杂质的含量以及在偏滤器位形和孔栏位形下杂质辐射行为的变化都是很重要的。在HL-2A装置的初始运行阶段，壁处理主要是采用常规的辉光放电清洗（GDC）；在偏滤器运行阶段也使用过蒸钛来减少下偏滤器室的杂质以利于偏滤器位形的建立；但未使用硅化等可能破坏初始器壁条件的壁处理手段。     

HL-2A装置硅化对杂质线辐射的影响

在2004年的实验中，首次在HL-2A偏滤器装置上进行了硅化器壁处理，在这种硅化器壁的条件下，对轻重杂质的线辐射进行了研究，并与无硅化条件下的杂质特性作了比较。在实验中，通过观测杂质的辐射特性研究了硅化对杂质的吸附作用和硅化效果的维持。并通过调整硅化后的辉光放电清洗，研究了硅化对氢再循环的影响。     

HL-2A装置等离子体可见光成像系统

为了配合HL-2A装置的工程联调和首次等离子体放电，需要一种可靠和直观的诊断手段，以确认产生了所谓的“First plasma”(初始等离子体)放电。为此我们研制了一套新的诊断系统，即等离子体可见光成像。等离子体成像是近年来发展起来的一项先进诊断手段。目前在托卡马克装置上广泛采用。     

低温与室温氢团簇流注入HL-2A装置加料效果比较

HL-2A装置超声分子束注入系统和带有低温冷阱的分子束阀门结构如图1所示。用于产生氢团簇的阀门是由美国通用阀门公司的产品（General valve series99），该阀门的喷嘴直径为0．2mm，阀门出口至边缘等离子体的距离为1．28m，低温冷阱灌人液氮冷却阀体和工作气体。本实验氢团簇是在气体射流基础上建立的，一定压力的真实气体通过小孔进入真空室绝热膨胀，导致运动气体显著冷却，原子或分子之间的相互作用力在低温状态下变弱，一个可能的结果是形成团簇。团簇的形成主要决定于气体的温度和压力，还有喷嘴的形状和尺寸，范得瓦尔斯力或原子键的强度等。目前尚无严格的理论预言团簇如何由气体射流自由膨胀而成。但是，还是有一个经验定标的参数T，称为哈竞那（Hagena）参数，用于描述团簇的形成。     

HL-2A装置中性束注入器钛吸附泵的设计

HL-2A装置NBI的设计参数为，注入气体为氢气、束能量60keY、束脉宽2s、两条束线切向注入、最终达到总的中性束注入功率4MW。目前，初步方案拟定为一条束线安装两个离子源，束线真空部分由一个主真空室和一个次真空室以及离子源真空室和漂移管道构成。     

HL-2M 装置软 X 射线阵列系统前置放大器设计

系统地介绍了 HL-2M 装置上软 X 射线阵列系统的工程概念设计、组成部分、关键工艺和技术研制 等。根据 HL-2M 装置的特点(如高温烘烤,真空室空间不足等),在该系统前置放大器设计中采用了很低的失调电 压和超低的偏置电流的高速宽带放大电路来降低暗电流和噪声,使得系统适用于较长距离传输的光电前置放大场 合,从而首次实现了前置放大器外置于真空室的安装布局。该放大器将大大增强整套软 X 射线阵列系统在高温烘 烤条件下的可靠性。      

HL-2A装置上超声分子束注入触发L-H转换的实验研究

利用具有定向速度的超声分子束注入技术,研究了HL-2A装置在较低加热功率条件下实现L-H转换的等离子体放电特征,从边缘密度分布的差异比较分析了普通送气和超声分子束注入对L-H转换的影响.实验结果表明,HL-2A装置上采用超声分子束注入可直接触发L-H转换,明显降低L-H转换功率.通过对大量实验数据的分析和整理发现,利用超声分子束注入实现L-H转换的最低加热功率,比同等条件下采用普通送气实现L-H转换的最低加热功率减少约10％.     

HL-2A装置偏滤器位形超声分子束注入深度观测

用22道Hα辐射测量阵列观测了HL-2A装置偏滤器位形超声分子束的注入过程。观测结果表明：在HL-2A装置偏滤器位形下,当分子束注入气源压强大于1MPa时,Hα辐射沿径向分布存在两个峰值,其第二个Ha辐射峰值位于r/a~0.8附近,表明大部分氢粒子在等离子体边缘(SOL区域)即被离解或电离,但仍有部分氢粒子沉积在分界面内5cm。     

用激光吹气注入高Z杂质使HL-1M装置放电有效地安全终止的研究

现在国际上大装置纷纷发现破裂放电而导致电流突然中止造成装置遭受重大的危害，因为能量熄灭阶段存在强烈的热通量，而且在电流熄灭阶段中产生强烈的逃逸电子，使得第一壁材料可运行的时间大大缩减；同时在真空器壁上产生很强的电磁力。所以，必须在大装置上建立一种避免和软化能量衰竭与电流衰竭，并且控制预计的放电破裂或突然终止放电的措施。     

HL-2A先进二维硬X射线成像CCD系统设计

为HL-2A装置设计了一种二维硬X射线成像CCD系统,用它能直接测量硬X射线辐射强度的二维时空分布I(z,y,t),并能得到电子速率分布fe(v,r,t)。为获得二级加热和无感电流驱动如ECH／ECCD,LHH／LHCD,ICRH／ICCD,NBIH／NBICD的效果、波可近性、共振层位置、能量沉积范围等方面的实验研究提供重要诊断手段;也可用于内破裂、大破裂、MHD,特别是q=2附近高模的MHD行为、热电子和超热电子的输运、被捕获的高能粒子图像以及与模式波(如m=1,n=1)共振引起的鱼骨模不稳定性、辅助加料引起和诱发逃逸电子雪崩现象的实验观察与研究。     

HL-2A 装置超声分子束注入缓解偏滤器靶板上边缘局域模热通量研究

在HL-2A 装置上优化和发展了偏滤器靶板上的红外测温系统,并利用该系统分析了高约束模放电期间边缘局域模的热沉积分布特性。在高约束模式放电期间,超声分子束注入使边缘局域模所引起的偏滤器靶板上瞬间热通量峰值下降了~60%,并伴随着边缘局域模爆发频率增加了2~3 倍,而等离子体储能仅下降了~8%。分析结果表明,大幅度的丝状结构在超声分子束注入之后得到了有效抑制,沉积到偏滤器靶板上的瞬间热通量峰值也随之下降。此外,在超声分子束注入之后偏滤器室内的热辐射损失大幅度增加,从而耗散了热输运所携带的部分能量,进一步分散了沉积到偏滤器靶板上的能量,有效地保护了偏滤器靶板。