HL-2A中性束大功率离子源的研制

2007年3月, 为HL-2A中性束注入器研制的大功率离子源在核工业西南物理研究院成功通过了测试. 该离子源为圆柱结构的桶式离子源型; 加速器采用三电极的加减速系统. 实验运行参数如下: 灯丝加热电流1100A, 电压12V, 弧放电电压120V, 弧放电电流1050A, 等离子体密度达2.5×10¹²/cm³, 离子流密度0.44A/cm²; 在距等离子体电极5mm的平面上, 等离子体的均匀性好于5%, 工作脉宽2s. 离子源物理设计、工程考虑、实验研究结果等将在本文介绍.     

HL-2A中性束大功率离子源的研制

2007年3月,为HL-2A中性束注入器研制的大功率离子源在核工业西南物理研究院成功通过了测试.该离子源为圆柱结构的桶式离子源型;加速器采用三电极的加减速系统.实验运行参数如下:灯丝加热电流1100A,电压12V,弧放电电压120V,弧放电电流1050A,等离子体密度达2.5×1012/cm3,离子流密度0.44A/cm2;在距等离子体电极5mm的平面上,等离子体的均匀性好于5%,工作脉宽2s.离子源物理设计、工程考虑、实验研究结果等将在本文介绍.     

KT—5B托卡马克上阿尔芬波加热实验中天线阻抗的测量

一、引 言 托卡马克等离子体中的阿尔芬波加热实验研究自80年代初以来取得了许多有价值的实验结果。在阿尔芬波加热实验中,天线辐射阻抗的测量是十分重要的。天线辐射阻抗的变化不仅直接反映了阿尔芬波与等离子体之间的能量耦合情况,而且也反映了波在等离子体中传播过程的某些物理特性。例如,出现离散阿尔芬波(DAW模)或表面静电波(SEW模)便会使阻抗出现较大的峰值。因此,探索一种简便易行又能反映阻抗随放电时间变化的细微     

HL－1装置辅助加热等对能量约束的影响

在ＨＬ－１托卡马克上进行了辅助加热、加料、电流驱动的物理实验研究。在改善等离子体约束方面，某些实验取得了较好的结果。在适当的稳定放电条件下，低杂波电流驱动和弹丸注入辅助加料，均能使等离子体能量约束得到一定程度的改善，与相同密度条件下的欧姆加热放电相比，能量约束时间提高了约３０％。在电子回旋共振加热等离子体实验中，等离子体总能量明显增加，但与相同密度条件下的欧姆加热放电相比，能量约束时间减少了约２０％。     

“荧光-1”实验装置研制与调试

荧光-1是一套分时放电的大电流脉冲功率实验装置,主要用于反场构形预加热磁化等离子体靶（FRC）形成的物理过程、高温高密度磁化等离子体约束特性等研究,未来可作为磁化靶聚变研究的等离子体注入器。主要介绍该实验装置的构成及其调试实验结果,并简要描述在该装置上开展的FRC等离子体靶初步物理实验进展。调试实验结果表明,荧光-1实验装置初始磁场、磁镜、气体电离、箍缩分系统的放电电流/磁场或感应电场可分别达到110 kA/0.3 T,10 kA/1.2 T,400 kA/0.25 kV/cm,1.7 MA/3.4 T。初步物理实验获得的FRC等离子体靶参数为:靶分界面半径约4 cm、等离子体密度3.51016 cm-3、等离子体温度约200 eV、靶寿命约3 s,同时清晰地观察到了FRC靶形成物理过程。分幅相机获取图像与二维磁流体程序计算图像基本吻合,验证了该装置的物理设计思路,也展示了该装置具备的物理实验能力。     

HL-2A装置低杂波加热实验系统的微机控制与数据采集设计方案

为了对等离子体与波的相互作用进行研究，在HL-2A装置中将开展低混杂波电流驱动和电子回旋加热实验，拟采用微机控制。同时为了使波加热实验简便、灵活，确保装置放电时人身安全和设备安全必须实施微机控制。HL-2A装置上低杂波加热实验系统微机控制主要任务是监视整个系统的运行状态、控制整个系统放电过程的时序、保护系统的逻辑控制以及与中央控制系统的通信联络等。     

HL-2A上NBI加热H模实验的集成模拟分析

托卡马克等离子体物理过程时空尺度跨度大,不同空间区域(如芯部、台基区、刮削层、靶板区)的主要物理过程不同,因此需要采用系统集成方法开展全域多时空尺度物理问题分析.为了更加深入地研究托卡马克等离子体放电实验的稳态运行及爬升期间的输运与约束过程,通常采用多种物理程序开展集成模拟研究,对放电实验结果进行集成模拟对照,相互验证并进一步开展物理分析.本文基于OMFIT平台,结合HL-2A装置第37012炮高比压放电实验结果完成了集成模拟验证与分析,验证了程序的可靠性与适用性.在该流程中,通过选取适当的模型,对实验参数进行了校核与补充,经演化后模拟结果与实验结果比较吻合.在此基础上,本文进一步采用TGLF模型开展了芯部静电漂移波线性不稳定性分析,结果显示NBI离轴加热导致H模约束改善的原因是,该实验在NBI功率沉积位置的ETG不稳定性处于被抑制的状态,输运由ITG不稳定性占据主导,同时输运水平降低至新经典水平.     

高气压氩气辉光放电条纹等离子体的形成和演化

辉光放电等离子体正柱区内的自组织条纹现象是气体放电物理中的基础性问题,涉及电子动力学、输运过程、放电不稳定性、非线性现象等丰富的物理内容,是基础物理及其应用中备受关注的重要课题.本文报道了一种在千帕量级气压下产生的氩气辉光放电条纹等离子体,重点关注了条纹等离子体的电学、光学及电离波传播特征,从物理上分析了氩气条纹等离子体的产生及消除机制.研究结果表明,在此气压下产生的氩气条纹等离子体,其条纹长度约为1.5 mm,且随气压减小;电离波波速为1.87 m/s,频率为1.25 kHz.发射光谱诊断证实,条纹等离子体的产生与丰富的亚稳态原子密切相关,亚稳态原子导致的分步电离过程会引起电离不稳定性,这种不稳定性以电离波的形式传播,使得等离子体参数发生纵向调幅,从而形成明暗相间的条纹等离子体.加入氮气可有效猝灭亚稳态氩原子,调整电子能量分布函数,这使得等离子体的不稳定性条件被破坏,因此,条纹等离子体消失.本工作可为人们进一步认识和理解高气压下辉光放电条纹等离子体的形成及消除机制提供新的思路和实验依据.     

HL-1M装置的真空运行与质谱诊断

通过对真空运行模式、真空运行参数、辉光放电清洗和硅化壁处理手段的规范化，显著地降低了HL－1M装置的真空壁出气、本底杂质浓度、放电杂质出气比和再循环，成功地实现了高参数放电、长脉冲放电和装置暴露大气后快速恢复放电，并为验证低混杂电流驱动、离子回旋共振加热、电子回旋共振加热、中性束注入、弹丸注入和分子束注入实验及升级等离子体运行提供了良好的壁条件。描述了HL－1M装置真空系统、壁出气和再循环、质谱诊断和程序脉冲送气等方面的主要实验成果，这些结果为HL－2A装置的真空系统研制和运行提供有益的参考。     

HL-2M 装置运行控制技术初步研究

重点介绍了 HL-2M 装置的运行技术和初步的等离子体控制实验结果,包括等离子体放电方案设计、 线圈电流控制、击穿阶段零场匹配和等离子体电流以及位移的控制。为了降低放电运行风险,HL-2M 装置初始放 电采用了简化的放电方案,通过整定 PID 参数实现了线圈电流控制,在击穿阶段获得了 10V 以上的环电压和较大 范围的零场区域,成功实现等离子体击穿。最后,投入了等离子体电流和水平位移反馈控制算法,成功将等离子 体放电脉宽提升至 200ms 以上,且维持 I_p≥100kA 的时间超过了 100ms,上述结果表明 HL-2M 装置运行控制技术 得到了初步的检验。      

可见光谱分析在HT-7边界再循环研究中的应用

HT-7超导托卡马克致力于准稳态放电及相关物理的研究。目前HT-7成功获得了长脉冲运行达近64 s的高温等离子体。大量实验证明,器壁上气体再循环对托卡马克等离子体的品质十分重要。采用光学多道分析仪(OSMA)系统通过氢氘比的测量来研究边界粒子的再循环。放电过程中,边界再循环对粒子的平衡起主导地位。在放电平稳,密度可控阶段,氘(氢)再循环起主导作用,此时再循环系数R≤1;而放电的后期随着边界温度的升高,辐射总功率的加强,密度进而处于不可控状态,此时R＞1, 杂质再循环也逐渐趋于主导地位,这是引起等离子体破裂的原因之一。利用此方法还可以进一步研究壁条件对边界再循环的影响。     

高速数据采集系统在脉冲放电实验中的应用

一、GBH-1型受控实验装置及 其数据采集系统 我们研制成功一台以TRS-80微处理机为主机的高速数据采集系统,并将它用于GBH-1型快脉冲放电实验装置,收到了较好的效果. GBH-1型快脉冲放电实验装置,用于等离子体物理和受控热核聚变研究工作.该装置采用电容器组快脉冲放电方式来产生、加热和约束高温等离子体.主电容器组放电四分之一周期是8微秒,最高放电电压是20万伏,峰值放电电流是几百万安培,主触发系统的触发电压是7万伏,触发脉冲上升前沿为50毫微秒. 我们为GBH-1实验装置设计的数据采集系统,正是在这种强干扰环境中使用的,以采集GBH…     

HT-7上氘等离子体放电时中子注量的测量与分析

利用三氟化硼（BF₃） 和氦三（3He）正比计数管组成的快速时间分辨中子注量探测系统,对HT-7超导托卡马克上氘等离子体放电时光中子和聚变中子的产生机理进行研究.结合γ射线、硬X射线等相关诊断的实验结果,分析了纯欧姆放电和低杂波辅助加热放电时,中子注量信号随时间演化的典型特征.结果表明：HT-7在投入大功率低杂波辅助加热等离子体放电时,能够产生数量可观的氘-氘（D-D）聚变中子. 关键词： 中子注量 聚变中子 光中子 托卡马克     

螺旋天线轴向长度对螺旋波传播、吸收的影响

采用有限元法数值求解Maxwell方程组,分析H-1仿星器实验参数下螺旋天线的轴向长度对螺旋波传播、吸收的影响。计算结果表明：随着螺旋天线轴向长度的增加,天线总辐射能量和辐射电阻逐渐增大;在H-1等离子体中螺旋天线主要激发m=±1模式波,其中m=-1模式波一般在等离子体边界传播;全波螺旋激发的波能量主要沉积在等离子体边界,导致等离子体径向能量较强的非均匀吸收,加热效果不理想;半波螺旋天线激发的波可深入主等离子体区域传播,等离子体径向能量吸收相对均匀,加热效果好。     

毛细管放电复合X光激光机制的理论研究

 以毛细管放电泵浦产生的C等离子体中,复合机制产生类H-C离子3d_5/2-2p_3/2跃迁激光线为例,研究毛细管放电复合X光激光中的物理机制。提出在C气中掺入适量的惰气来抑制等离子体被压得过细以至密度过高;在设计实验方案时 ,应该使等离子体在电流峰值之后进入膨胀冷却阶段;还要适当降低毛细管中等离子体初始 密度以增大毛细管半径,使工艺上更容易实现。     

同轴枪放电等离子体电流片的运动特性研究

同轴枪放电可以产生高速度、高密度的等离子体射流,在天体物理、核物理等研究领域具有广泛的应用.基于同轴枪放电等离子体运动的"雪犁模型"分析,本实验通过对等离子体光电信号和磁信号的测量及放电照片的拍摄,研究了不同放电电流和气压对同轴枪放电等离子体电流片的运动特性、电流通道分布的影响.实验结果发现:一次放电过程中,气压为10 Pa、放电电流为35.7—69.8 kA时,随着放电电流的增加,等离子体喷射速度增加,输运距离与离子携带的轴向动能成正比,大电流条件下,等离子体喷出枪口时易于在枪底端形成新的电流通道;气压为5—40 Pa、放电电流为49.8 kA时,随着气压的增加,等离子体喷射速度减小,输运距离缩短,高气压下,等离子体喷出枪口时在枪底端未产生新的放电通道,这与放电过程中遗留在枪底端的带电粒子和电流片渗漏残留在枪内的中性粒子共同形成的阻抗通道有关;电流反向时,二次放电击穿位置发生在电极头部,放电过程中存在多次放电现象.     

电弧放电等离子体诱导激波的计算

基于电弧放电物理过程,分析气动激励机理,建立用于电弧放电等离子体诱导激波数值模拟的爆炸丝传热模型.主要结论有:电弧放电等离子体气动激励的主要机理是热等离子体的热阻塞效应,热电弧放电对于超声速来流而言就像-个具有-定斜坡角度的虚拟突起;理论分析只适用于纵坐标较小的阶段;当传热的功率设为放电功率的10%时,本文所建立的模型能够用于电弧放电等离子体诱导激波的仿真研究;等离子体虚拟斜坡角度及其诱导激波角都随来流总压和速度的增大而减小,随着放电功率的增大而增大,在总压、速度和放电功率较小的阶段这种变化较明显,在总压、速度和放电功率较大的阶段这种变化较缓慢.     

水中放电等离子体状态方程的理论研究

 水中放电等离子体通道内温度达2×10⁴～5×10⁴ K、而压力达1～10 GPa。在这样的参数下,等离子体的状态方程已不能用理想气体状态方程来描述。首次考虑了粒子间的相互作用对水中放电等离子体参数下粒子电离能的影响,计算了电子的简并性、带电粒子间的库仑相互作用、原子内部能级扰动所产生的压力。计算结果表明：当H、O原子和离子的总密度n=10²⁹ m^-3时,若考虑电离能漂移,则电子密度提高的最大幅度达70%;电子的简并性对压力的影响很小;粒子间的库仑相互作用在高温区使总压减小较显著,但在所计算的参数范围内,其幅值也不大于10%;当n=10²⁹ m^-3、T≈2×10⁴ K时,原子内部能级的扰动使总压增大约30%。     

HT—7超导托卡马克最新实验进展

HT－7超导托卡马克在过去的一年中取得较大进展：高参数放电时间长度接近4s,总加热功率超过1MW,在低杂波全波驱动、电流爬升、离子回旋共振加热、双波协同效应,射频壁处理,低环电压启动等方面都取得可喜的结果。     

HL-2A托卡马克实验进展和科学创新

中国环流器二号A(HL-2A)托卡马克是中国第一个带偏滤器的大型受控核聚变研究装置.文章综述了在HL-2A托卡马克装置上的重要实验结果.自从HL-2A装置建成以来,有以下3个重要进展:实现了等离子体偏滤器位形放电;等离子体电子温度达到5500万度;实现了具有边缘局域模的高约束(H模)放电.随着HL-2A装置辅助加热能力和先进等离子体诊断等系统的发展,该装置在聚变等离子体物理的若干领域做出了以下创新性的贡献:实验验证了对聚变等离子体输运有重要影响的带状流的三维结构;进一步发展了原创的分子束加料技术,并且成功地应用于等离子体输运研究;用低频调制的电子回旋共振加热(ECRH)对撕裂模进行了有效的抑制,并使约束得到改善;观测到高能电子激发的内部扭曲模和阿尔芬模等新的物理现象.文章还简要介绍了该装置的发展计划及近期要开展的物理实验研究内容.