HL-2A充气弹丸注入初步实验结果

介绍了充气夹心弹丸的基本结构、制作工艺和充气弹丸注入器的基本构成以及在HL-2A等离子体中注入的初步实验结果。实验中采用以聚苯乙烯为主的空心微球为载体,直径~0.76mm,壳体厚度~20μm,充满~1.5MPa的氘气的充气弹丸。实验结果表明,充气弹丸注入速度~200m•s^-1,注入深度~12cm,加料效率~60%。     

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为在更高参数运行的HL-2A装置上实现等离子体芯部加料,设计了一套基于G-M循环制冷机的25管弹丸注入系统。描述了该系统的构成、工程参数,给出了系统的结构设计,并对各组成部件进行热力分析计算。对枪管温度梯度的建立及控制、弹丸注入方式等进行了讨论。     

托卡马克实验与工程——HL-2A装置上芯部弹丸加料中的电子热输运研究

从80年代中期开始，在许多聚变装置上观察到了用弹丸注入改善的等离子体能量约束。在JET和一些大型托卡马克上实现了弹丸增强约束模（PEP）。PEP模的机制也已在理论上做了分析。分析表明，有多种机制在减小反常输运中起作用，而这些机制的作用依赖于实验的条件。本文将报道在HL-2A装置上无辅助加热条件下的弹丸加料实验结果。该工作的着重点是研究在中心加料欧姆放电中的电子热输运。     

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。     

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将理想全二维磁流体(MHD)稳定性数值代码GATO成功移植到HL-2A高性能计算系统,并用其模拟研究了HL-2A装置一次典型弹丸注入实验的等离子体的理想MHD稳定性。利用HL-2A装置第4050次放电的实验数据,应用EFIT代码重建了几个时间片的平衡位形,然后应用GATO代码对每个平衡位形的MHD稳定性进行了计算。通过对结果进行分析比较得出初步结论,由于弹丸注入而造成的反剪切位形的致稳作用,可以提高等离子体的约束性能。     

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利用多道远红外HCN激光干涉仪实时测量了等离子体中的粒子数增量,首次得到了HL-2A等离子体偏滤器位形和孔栏位形下强场侧和弱场侧SMBI的加料效率,结果与法国Tore Supra装置的SMBI加料效率的范围相一致。     

等离子体理论和模拟研究进展

2006年等离子体理论与模拟研究室主要围绕以下2个方向展开了研究活动。进行了HL-2A装置的升级改造和实验的数值模拟，例如：HL-2A装置弹丸注入实验模拟和HL-2M装置平衡位形设计；对一些热门的等离子体物理问题进行了研究，例如：Streamer与电子温度梯度湍流的相互作用，剪切流和输运垒的形成机制等。     

HL-2A装置超声分子束注入加料效率的研究

利用多道远红外HCN激光干涉仪实时测量了等离子体中的粒子数增量,首次得到了HL-2A等离子体偏滤器位形和孔栏位形下强场侧和弱场侧SMBI的加料效率,结果与法国Tore Supra装置的SMBI加料效率的范围相一致。     

HL-1M弹丸加料等离子体中的蛇形振荡

根据PIN光二极管阵列探测器所探测到的1～10keV能量范围的软X射线辐射扰动．研究了HL-1M装置等离子体中在多发弹丸注入条件下产生的蛇形振荡不稳定性特性,对其机制进行了仔细讨论。实验表明,在中等密度欧姆放电中。高速弹丸注人能直接在等离子体芯部激发出蛇形振荡。对于较高密度的放电,在弹丸加料等离子体的后续演变中经常观测到锯齿稳定化结束时诱发出的准稳态大幅度蛇形振荡。     

托卡马克实验与工程——HL-2A装置等离子体诊断系统的新发展

HL-2A装置的主要物理目标是开展偏滤器物理研究及在大功率辅助加热和先进的加料条件下，研究等离子体的约束、输运及不稳定性。为了实现这个物理目标，必须发展更多的新的诊断，提高等离子体参数测量的空间和时间分辨。目前，已有近30种诊断从HL-1M装置上移到HL-2A装置上并投入了实验。此外，有10项诊断正在进行研制。本文将介绍近两年发展的几种新诊断。     

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     

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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.     

HL—1装置等离子体密度控制的研究

本文分析了目前HL-1装置等离子体密度的控制方法。实验结果和分析表明,用控制粒子源、提供负源和改变通最的三种途径相结合来控制粒子数的变化,是一种有效的密度控制方法。     

HL-1M装置高气压超声分子束加料效果

超声分子束注入作为一种新的托卡马克加料方法,已成功地开发和应用于环流器新一号(HL1M)和超导托卡马克HT7.近期开展的高气压超声分子束注入实验,在束流中发现了团簇流,其注入等离子体深度超过17cm.电子密度上升率接近于小型冰弹丸加料.多脉冲超声分子束注入形成电子密度阶梯形上升,类似于多弹丸加料效果,电子温度剖面呈中空分布.描述了在HL1M装置同一次欧姆放电等离子体中超声分子束与冰弹丸加料效果的实验比较. 关键词： 超声分子束 托卡马克 团簇 加料     

Simulation of helium supersonic molecular beam injection in tokamak plasma

To study helium(He) supersonic molecular beam injection(SMBI) into H-mode tokamak plasma, a simplified multicomponent-plasma model under the assumption of quasi-neutral condition is developed and implemented in the frame of BOUT ++. The simulation results show that He species propagate inwards after He SMBI, and are deposited at the bottom of the pedestal due to intensive ionization and weak spreading speed. It is found that almost all injected helium particles strip off all the bounded electrons. He species interact intensively with background plasma along the injection path during He SMBI, making deuterium ion density profile drop at the He-deposited location and resulting in a large electron temperature decreasing, but deuterium ion temperature decreasing a little at the top of the pedestal.     

HL－1M感应与低杂波组合电流驱动研究

本文结合ＨＬ－１Ｍ的基本参数，利用准线性的低杂波电流驱动理论和等离子体的电回路方程．研究了在控制等离子体总电流不变情形下欧姆感应和低杂波注入组合驱动电流的问题。结果表明，这一组合驱动方案对ＨＬ－１Ｍ装置的运行是可行的，其驱动电流分布可以通过改变低杂波注入功率、波谱形状、等离子体电子温度、密度以及总等离子体电流等加以控制。组合驱动的电流分布将优于欧姆驱动的电流分布，并可能抑制诸如锯齿振荡等一些ＭＨＤ不稳定性。     

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。     

Establishment of Configuration with Optimized Current Profile in Pellet Fuelled Discharge on HL-2A

A sawtooth-free period is produced following the pellet injection in the pellet fuelled discharge of qa = 3.4 （where qa is the safety factor at the plasma boundary） in the HL-2A tokamak. Establishment of the current profile such as in the hybrid scenario is studied under the condition of pellet injection in HL-2A. It is shown that a q-profile of weak negative shear is produced immediately after the pellet injection, and it then evolves to a broad flat profile with q0 〉 1 （where qo is the safety factor at the centre）. The measured MHD mode structures evidence consistencies of the evaluated q-profile with locations of the q = 1 surface in the sawtoothing period and of the q = 2 surface in the sawtooth-free period. TRANSP analysis indicates that the energy confinement is enhanced substantially during and after pellet injection, which is resulted from the q-profile optimization and the plasma density peaking.     

Radial transport dynamics studies of SMBI with a newly developed TPSMBI code

In tokamak plasma fueling, supersonic molecule beam injection(SMBI) with a higher fueling efficiency and a deeper penetration depth than the traditional gas puffing method has been developed and widely applied to many tokamak devices.It is crucial to study the transport dynamics of SMBI to improve its fueling efficiency, especially in the high confinement regime. A new one-dimensional(1D) code of TPSMBI has also been developed recently based on a six-field SMBI model in cylindrical coordinate. It couples plasma density and heat radial transport equations together with neutral density transport equations for both molecules and atoms and momentum radial transport equations for molecules. The dominant particle collisional interactions between plasmas and neutrals, such as molecule dissociation, atom ionization and charge-exchange effects, are included in the model. The code is verified to be correct with analytical solutions and also benchmarked well with the trans-neut module of BOUT++ code. Time-dependent radial transport dynamics and mean profile evolution are studied during SMBI with the TPSMBI code in both slab and cylindrical coordinates. Along the SMBI path, plasma density increases due to particle fuelling, while plasma temperature decreases due to heat cooling. Being different from slab coordinate, the curvature effect leads to larger front densities of molecule and atom during SMBI in cylindrical coordinate simulation.     

HL-1M装置弹丸和分子束加料的粒子输运研究

研究了IL-1M装置上弹丸和分子束加料的粒子输运。在研究粒子输运时拟合了粒子源分布,利用调制送气模型研究了分子束送气时的粒子输运。由弹丸注入后较长时间内密度的自然衰减研究了粒子输运,给出了一种简单的研究弹丸注入后粒子输运的方法。计算表明,分子束和弹丸注入改善了等离子体的粒子输运特性。将计算结果与实验测量进行了比较。