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中性束注入是等离子体加热和电流驱动的重要方式之一,对EAST中性束注入的精确模拟对未来物理实验至关重要.采用ONETWO和NUBEAM程序模拟4MW、80keV中性束同向注入,不同的等离子体密度剖面导致不同的电子和离子加热、穿透功率损失、束驱动电流以及中子发射等.等离子体密度在以上的物理参数的演化中起着重要的作用.对EAST两种密度方案下中性束注入的效果进行了分析和讨论,并对未来中性束实验提供了一些预言性的建议和方案.     

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EAST NBI束线综合测试台已研制完成并具备一台兆瓦级离子源测试运行的全套电源设备,包括离子源灯丝电源、弧电源、加速器电源、抑制极电源、偏转磁体电源及缓冲器电源等。介绍了EAST兆瓦级离子源进行起弧放电调试运行的方式,叙述了各套离子源电源系统的设计结构、技术特点及运行控制方式,分析了离子源电源系统稳定可靠运行需要解决的各个难点,给出了EAST束线样机进行高功率及长脉冲束引出测试运行的实验结果。     

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对EAST中性束反向注入过程中等离子体加热和电流驱动进行了实验研究,并采用了美国普林斯顿大学等离子体物理实验室开发的TRANSP程序对高功率中性束注入过程中能量热输运进行了分析.结果表明,中性束注入可有效提高本底等离子体温度,产生束驱动非感应电流,提高等离子体旋转以及有效改善等离子体约束.     

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介绍了EAST上ICRF辅助加热系统1.5MW射频信号源中工作频率为25～70MHz的末级功率放大器的研制工作,从最优工作参数、输入回路和输出回路三个主要方面详细分析了该级大功率宽频带射频放大器。经比较,分析结果和测试数据显示了很好的一致性,这为实现ICRF加热系统的可靠运行奠定了基础。     

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为EAST装置中性束注入器设计了一套用于将剩余离子在线电偏转的结构,并对系统各设备的核心参数进行了估算。在4.41kV偏转电压作用下,该电偏转系统可提供80keV氘离子束偏转所需的偏转电场。在偏转电场调制情况下,该电偏转系统可有效降低极板表面的热负荷,进而满足EAST中性束注入器稳态运行的需要。     

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通过红外可见内窥镜诊断系统对EAST等离子体芯部逃逸电子的同步辐射功率谱进行了分析,得出低能段逃逸电子同步辐射主要在红外波段,随着逃逸电子能量的增加,同步辐射向短波方向移动进入可见光波段。在欧姆放电条件下,对逃逸电子同步辐射所产生的的红外可见光进行了成像分析,同时研究了EAST等离子体在低杂波和中性束注入加热条件下的逃逸电子行为。实验结果显示,低杂波和 NBI 的投入总体抑制电子的逃逸,但低杂波投入初期产生的快电子对逃逸电子的产生具有促进作用。     

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采用数值模拟方法研究了EAST低杂波天线的耦合特性。基于二维线性耦合理论,计算了天线功率反射系数和方向性系数与等离子体参数的关系,分析了无源波导对天线耦合性能的影响,并给出了不同参数下天线的功率谱。结果表明,无源波导使天线的方向性略有下降,但减小了天线的功率反射系数,这有利于天线与等离子体的耦合。     

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对由埋管引起的面对等离子体第一壁热沉冷却结构冷却效果的下降进行了实验测量与数值模拟。在相同加热源条件下,比较了热沉内光孔、埋管打压胀管及高温真空埋管钎焊三种工艺实验件的换热效率,并与数值模拟的结果进行比较,确定了合理的计算模型和参数。对高场测的热沉原型件,比较了埋管打压胀管和高温真空钎焊连接换热效率,为EAST热沉冷却结构优化提供了依据。     

氢中性束在等离子体中透射情况的分析与计算

阐述了中性束加热等离子体的物理过程，并利用基于不同物理模型（考虑和未考虑束－等离子体碰撞多级过程）的两种计算方法，对中性在等离子体中的透射衰减情况进行了计算，分析和比较，给出了在束在等离子体中的衰减与束能量，等离了体参数及杂质情况的关系及ＨＬ－１Ｍ等离了体典型参数下的计算结果，两种计算结果表明，中性不在等离子体中的穿透系数均随中性束能量Ｅ０的提高而增大，随等离子体密度ｎｃ的增高而减少，并表明在ｎｃ     

EAST反向束在不同电流平台下注入的实验分析

对EAST装置在相同束放电参数不同等离子体电流平台下开展的束反向注入实验进行了比较分析，并利用NUBEAM程序分析了不同的等离子体电流放电平台对束电流驱动、束功率沉积、束功率沉积分布及束能量损失的影响，以此来寻求优化的注入本底等离子体参数。结果表明，较高的电流平台更有利于束与等离子体的作用以及更有效提高本底等离子体温度、束驱动电流及等离子体旋转，更有效改善等离子体约束品质。     

Numerical simulation of electron cyclotron current drive characteristics on EAST

Electron cyclotron current drive （ECCD） will be applied in the EAST tokamak during its the new campaign. In order to provide theoretical predictions for relevant physical experiments, some numerical simulations of ECCD with the parameters of EAST have been can＇ied out by using TORAY-GA code based on the understanding of ECCD mechanisms. ECCD efficiencies achieved in different plasma and electron cyclotron （EC） wave parameters are given. The dependences of ECCD characteristics on EC wave injection angle, toroidal magnetic field, plasma density, and temperature are presented and discussed.     

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利用11/2-D平衡演化程序对EAST的首轮纯欧姆放电进行了数值模拟，获得的模拟结果与实验结果吻合得很好。同时，对放电全过程中的伏秒消耗进行了分析。     

Numerical simulation of fueling pellet ablation and transport in the EAST H-mode discharge

To understand the effect of injected deuterium (D) pellets on background plasma, the ablation of D pellets and the transport of D species in both atomic and ionic states in the EAST device are simulated using a modified dynamic neutral gas shield model combined with the edge plasma code SOLPS-ITER. The simulation results show that there is a phenomenon of obvious atomic deposition in the scrape-off layer (SOL) after pellet injection, which depends strongly on the injection velocity. With increasing injection velocity, the atomic density in the SOL decreases evidently and the deposition time is relatively shortened. Possible effects for triggering of edge localized modes (ELMs) by D and Li pellets are also discussed. With the same pellet size and injection velocity, the maximum perturbation pressure caused by D pellets is obviously higher. It is found that the resulting maximum perturbed pressure is remarkably enhanced when the injection velocity is reduced from 300 m/s to 100 m/s for a pellet with a cross section of 1.6 mm, which indicates that the injection velocity is important for ELM pacing. This work can provide reasonable guidance for choosing pellet parameters for fueling and ELM triggering.     

EAST 电子回旋共振加热效果的数值模拟和分析

为了给EAST 电子回旋共振加热物理实验提供理论依据和模拟预测,从电子热输运方程出发,运用 CRONOS 输运程序对不同等离子体和波参数下,电子回旋加热效果进行了数值模拟计算。给出不同电子回旋波功率、入射角、电子密度和纵场等参数对电子回旋加热效果的影响,预测在不同参数下,电子温度、等离子体总内能和能量约束时间的变化,分析了其原因,并与实验结果进行了初步的比较。     

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为探究射频离子源驱动器线圈电气参数对射频放电的影响,主要进行了射频离子源等离子体激发的物理分析,并计算了射频电源的频率选择与线圈放电电流、线圈匝间电压以及放电气压之间的关系,设计了射频离子源驱动器的主要参数。研制的射频离子源驱动器装置,成功获得氢等离子体射频放电。实验结果和理论计算结果符合很好。     

大面积NBI 射频离子源电气参数设计分析

为探究射频离子源驱动器线圈电气参数对射频放电的影响,主要进行了射频离子源等离子体激发的物理分析,并计算了射频电源的频率选择与线圈放电电流、线圈匝间电压以及放电气压之间的关系,设计了射频离子源驱动器的主要参数。研制的射频离子源驱动器装置,成功获得氢等离子体射频放电。实验结果和理论计算结果符合很好。     

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用托卡马克模拟程序对实验前期的放电进行了模拟,获得了期望的等离子体演化过程及主要参数波形,如极向场线圈电流、等离子体电流、等离子体位置等。通过等离子体控制系统将模拟获取的参数波形用于实验,开展了等离子体R位置控制、完全程序场控制及RZIp控制下的放电模拟对实验的预测研究。模拟结果与实验吻合较好,表明放电模拟具有一定的可预测性,为今后EAST装置开展更深入的物理实验提供了一定的参考。     

EAST装置放电预测的初步研究

用托卡马克模拟程序对实验前期的放电进行了模拟,获得了期望的等离子体演化过程及主要参数波形,如极向场线圈电流、等离子体电流、等离子体位置等。通过等离子体控制系统将模拟获取的参数波形用于实验,开展了等离子体R位置控制、完全程序场控制及RZIp控制下的放电模拟对实验的预测研究。模拟结果与实验吻合较好,表明放电模拟具有一定的可预测性,为今后EAST装置开展更深入的物理实验提供了一定的参考。