利用软X射线锯齿振荡研究托卡马克等离子体的热输运

用Au(Si)面垒探测器阵列测定了CT-6B托卡马克等离子体的软X射线辐射及其涨落。本文给出了内破裂期间等离子体中心区的软X射线锯齿振荡的经验定标律,利用电子温度的锯齿振荡研究了内破裂期间中心区的电子加热率,电子能量平衡,电子能量约束时间,电流密度分布和电子温度等电子热输运结果。 关键词：     

EAST托卡马克上共振磁扰动对锯齿行为的影响

锯齿振荡是托卡马克装置上常见的磁流体不稳定性之一.先进实验超导托卡马克(experimental advanced superconducting Tokamak,EAST)装置放电中观察到外加共振磁扰动(resonant magnetic perturbation,RMP)会影响锯齿振荡行为.本文研究了环向模数n=2的RMP对锯齿周期的影响.通过RMP线圈相位差扫描实验发现,当RMP上下线圈(n=2)相位差Δφ_UL发生变化时,扰动场的谱型发生变化,锯齿周期和崩塌幅度也随之发生明显的改变.单流体电阻磁流体力学(MARS-F)程序分析表明,在相同实验条件下,当RMP上下线圈(n=2)相位差为Δφ_UL=270°时,等离子体芯部区域的响应最强,此时锯齿周期和幅度最小.锯齿行为的改变可能与RMP引起的快离子损失相关.该研究利用RMP上下线圈(n=2)实现对锯齿行为的有效调控,有利于未来EAST发展高比压放电条件下的大锯齿自动控制技术.     

普林斯顿托卡马克如何创造了等离子体离子温度的世界纪录

在美国普林斯顿实验室,建有一个大的托卡马克,名字为TFTR装置.1986年6月在这个装置上的等离子体得到了很好的约束,称之为“提高型约束”.引人注目的是在这种约束状态下,等离子体的离子温度达到了20 KeV(略大于2亿K).这是托卡马克等离子体离子温度的最新世界纪录. TFTR装置的主要参数如下:大半径2.5m,小半径0.45-0.9m,最大环形磁场5.2T.这台装置是在1982年开始运行的.原计划是首先达到点火的水平,然后在八十年代末以氘-氚运行,在能量自持的情况下,希望有小量的正功率输出.对于氘-氚反应,能量自持要求下面两个条件:(1)很高的离子温度,要…     

HL—1M等离子体的复合锯齿振荡

用软X射线二极管阵列可以很容易地探测到在等离子体内部形成的软X射线辐射扰动的锯齿振荡波形,根据观测到的锯齿振荡的某些特征可以定性地确定等离子体芯部的磁场位形。在托卡马克等离子体加热过程中,电子加热和电流穿透使得电流分布不断峰化、中心磁轴附近的安全因子下降,当中心安全因子q(0)＜1时在q=1磁面附近形成磁岛,磁岛的增长和重联构成了一个完整的锯齿振荡波形。由于电流分布的峰化而形成的振荡被称为单锯齿振荡,振荡的周期和幅度具有单一的特性,尽管它们会随着放电条件的改变而变化,但振荡的单一性保持不变,破裂位于中心磁轴位置。在特定的条件下,当等离子体电流变成中空分布而且在等离子体内部出现两个q=1磁面时,复合锯齿取代常规的单锯齿,它们或者有规则地连续出现,或者间或地出现在单锯齿之间,这取决于中空电流分布的维持程度。我们在HL－1M装置上通过测量软X坶辐射扰动观测到等离子体的复合锯齿振荡。本文叙述的就是在离轴电子回旋共振加热期间所观测到的复合锯齿振荡及其产生的条件,并对锯齿产生的可能的机制作了定性的描述。     

内破裂不稳定性及其数值模拟

用磁重联模型与Ｊａｈｎｓ等人提出的锯齿触发条件模拟托卡马克的锯齿振荡现象,对Ｔ－１０托卡马克上的一特定放电,将数值结果与实验作了比较。结果发现,在反转半径外的振幅太大,并且在破裂之前温度剖面太平坦,而中心温度较低。这一结果与重联模型中要求中心安全因子接近１有关。     

电子回旋共振加热情形锯齿振荡的数值分析

采用磁重联模型与湍流模型,通过求解耦合了锯齿触发条件的一维输运方程,模拟了电子回旋共振加热(ECRH)情形下T-10托卡马克中锯齿振荡.其中之一是近轴的ECRH,另一个是远轴的ECRH,数值结果与实验的比较表明用湍流模型得到了较好的预测结果,相反,由于重联模型的一些基本缺陷,不可能由重联模型得到满意的结果. 关键词： 锯齿振荡 磁重联模型 湍流模型 电子回旋共振加热     

HT一6B托卡马克装置上H_α线辐射锯齿的测量

通过ＨＴ－６８托卡马克装置上Ｈ＿α线辐射锯齿的测量，分析了Ｈ＿α线辐射锯齿的产生机制。结果表明：ＨＴ一６８扎卡马克装置上Ｈ＿α线辐射锯齿在等离子体边缘主要是由电子温度的扰动所引起，而在等离子体内则主要是由中性氢密度的扰动所引起。     

HT一6B托卡马克装置上H_α线辐射锯齿的测量

通过ＨＴ－６８托卡马克装置上Ｈ＿α线辐射锯齿的测量，分析了Ｈ＿α线辐射锯齿的产生机制。结果表明：ＨＴ一６８扎卡马克装置上Ｈ＿α线辐射锯齿在等离子体边缘主要是由电子温度的扰动所引起，而在等离子体内则主要是由中性氢密度的扰动所引起。     

锯齿振荡的湍流模型数值模拟

用Dubois & Samain与Lichtenberg等人提出的解释托卡马克中锯齿振荡的湍流模型,通过求解耦合了锯齿触发条件的一维输运方程,模拟了欧姆加热情形T-10托卡马克中锯齿振荡行为,同时对得到的数值结果作了分析.与采用磁重联模型模拟得到的结果比较表明,采用湍流模型得到的数值结果与实验符合较好,而用磁重联模型则难以得到满意的结果.     

螺旋上升对自激发锯齿型双壁碳纳米管振荡行为的影响

运用分子动力学方法模拟了锯齿型双壁碳纳米管体系的振荡行为,其中旋转的内管施加了不同大小的螺旋上升长度.不同于以前关于扶手椅型碳纳米管的工作(Zeng Y H,et al.2016 Nanotechnology 27 95705),锯齿型的内管在施加了不同大小的螺旋上升长度之后,其管壁结构会产生畸变或缺陷.模拟过程中,锯齿型内管在施加一定的旋转速度以后保持自由,而固定的外管为无任何缺陷的理想锯齿型碳纳米管.分子动力学模拟结果显示锯齿型内管的轴向振荡行为与内管施加的螺旋上升长度密切相关.内管的振荡频率随着内管螺旋上升长度的增加而增加.但当内管的螺旋上升长度较大时,由于螺旋上升所引起的内管缺陷结构造成整个内管的破裂,从而导致其无法进行稳定的轴向振荡.模拟结果还显示,对于无螺旋上升的理想锯齿型碳管,虽然其轴向振荡效果非常微弱,但却可以作为一种具有恒定旋转频率的旋转致动器.此外,对螺旋上升长度为0.5 nm的内管在不同温度下的振荡性能进行了模拟分析,结果表明内管振荡的幅度随温度的升高而相应地增加,但当温度超过一定的临界值后,内管不能保持稳定的振荡.     

HT—6M托卡马克可见光谱中的锯齿振荡现象

本文介绍了ＨＴ－６Ｍ托卡马克可见光谱信号中锯齿振荡现象，分析了电子温度，电子密度以及原子基态密度对光谱信号的影响，认为主要由边界电子温度变化引起。     

托卡马克等离子体中q=2面附近的磁流体驰豫现象

本文在采用一维圆柱输运模型来摸拟托卡马克等离子体欧姆加热时,考虑了杂质辐射与磁岛演变的耦合作用。我们发现,在一定参数条件下,m/n=2/1的磁岛宽度及相应于q=2面附近的电子温度会产生驰豫振荡。本文主要讨论了出现这种驰豫现象的原因及其对增强托卡马克约束的意义。     

聚变崩坍

一个类似于儿童玩具的沙堆崩坍模型是一种可用于研究如何使核聚变装置托卡马克 (Ｔｏｋａｍａｋ)达到最佳条件的工具 ,托卡马克是一种利用核聚变反应来获取能量的装置 .为了能实现获取能量这个目的 ,第一步是要在托卡马克装置中得到高温、高密度的等离子体 ,特别是一种称为Ｈ -模的最好位形 .但到现在为止 ,我们还不很清楚如何能使等离子体达到这种状态 .沙堆模型为这方面的研究提出了一些有益的启示 .美国沃里克大学 (ＷａｒｗｉｃｋＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ)的Ｓ .Ｃｈａｐ ｍａｎ教授设计了一个模拟沙堆崩坍的计算机模型 ,他是利用调节沙粒…     

HL-1装置离子温度的电荷交换法测定

本文叙述了用自己研制的六道中性粒子分析器(即中性粒子谱仪),测量HL-1托卡马克装置离子温度的实验,给出了在1986年进行的一组放电实验所得等离子体的离子温度及其随放电时间变化的结果,测得的中心离子温度的典型值为474eV,在相应等离子体参数下,Artsimovich经验公式给出450eV     

HT-7装置软X射线诊断系统及锯齿行为研究

利用HT-7装置上建立的多阵列软X射线诊断系统对等离子体放电中的锯齿不稳定性进行研究,发现锯齿的出现及其行为特点与等离子体电子密度N_e、电子温度T_e、边界安全因子q_α、壁条件等放电参数有密切关系。在低杂波电流驱动等离子体放电条件下,观察到m/n=1/1的中间模振荡出现在锯齿的上升阶段,并迅速发展、饱和、衰减,在锯齿塌陷或先兆振荡出现以前消失。分析和讨论了欧姆加热条件下和低杂波加热条件下的锯齿行为。     

HL—1M装置等离子体中类锯齿电子密度振荡

在欧姆放电和低杂波电流驱动（ＬＨＣＤ）及激光吹气注入杂质的联合实验中,首次在ＨＬ－１Ｍ 装置上观测到了与软Ｘ射线对应得非常好的锯齿型密度振荡。这种类锯齿型的密度振荡存在于低杂波电流驱动与激光吹气等离子体中。分析表明,该锯齿不是通常的ｑ ＝ １ 有理面上的锯齿,而是在低杂波与杂质共同作用下产生的类锯齿型的密度振荡。一种可能的机制是低杂波电流驱动下杂质的中心积累及崩塌引起的扰动磁场导致了快电子的损失,从而使得密度发生振荡     

GBH-1单匝二倍压回路放电的短路技术

在快收缩等离子体物理实验装置中,储能电容器通过起动开关、传输电缆和集电板对负载线圈脉冲放电.由于在这样的脉冲回路中, ,所以负载内的电流是衰减振荡的.这一振荡过程使等离子体的平衡和稳定受到不利影响.为了减少这种影响,往往采用箝位电路即短路回路,使负载内的电流由振荡的变成单向的,从而延长等离子体的约束时间,提高等离子体的电子温度. 进行单匝二倍压回路短路实验.是为了研究GBH-1高比压环形等离子体物理实验装置上使用场畸变短路开关的可行性.实验结果证明,二倍压短路回路可获得较长的衰减时间(～100μs)和较小的纹波系数(～15…     

(n,n)-(2n, 0)碳纳米管异质结的扭转力学特性

相近直径的锯齿型和扶手椅型碳纳米管可以共轴组合形成5-7碳环交替出现的柱形对称异质结. 本文利用分子动力学方法研究了直径相近且等长锯齿型和扶手椅型碳纳米管形成的(n, n)-(2n, 0)结在扭转过程中的扭矩和轴向应力随扭转角度的变化规律以及应力传递过程. 研究发现, (n, n)-(2n, 0)结扭转应变在达弹性限度内不会产生轴向应力, 该效应对基于碳纳米管扭转特性的纳米振荡器件的设计具有重要意义.     

开口悬挂端对单壁碳纳米管电子输运特性的影响

采用紧束缚模型研究了悬挂端对单壁碳纳米管电子输运特性的影响.结果表明：有限长悬挂端开口碳纳米管的电导在费米能级附近作周期性振荡.椅型(armchair)碳纳米管的振荡同时具有快、慢两个准周期，而锯齿型(zigzag)碳纳米管的振荡仅有一个周期；碳纳米管电导在费米能级附近的振荡周期随着悬挂端的增长而减小.研究还发现：有限长悬挂端开口碳纳米管的平均电导随探针与碳纳米管间耦合强度的增加而增大，其大小约为无限长悬挂端开口碳纳米管平均电导的两倍. 关键词： 输运特性 碳纳米管 紧束缚模型     

HL-1装置电流上升段MHD不稳定性

在托卡马克放电的初始阶段,由于存在变化的等离子体电流,一般会出现等离子体电流的趋肤分布,这种分布会导致MHD不稳定性的发展和产生破裂。早期的托卡马克实验,对放电初始阶段的MHD扰动现象做过许多讨论和研究。A1cator-A在电流上升段观测到的大多数破裂发生在q_L=1.6模处,同时观察到MHD扰动模式随时间从高模向低模的发展。电流初始阶段的上升率对平顶段的放电特性也有重大影响,在FT上,只有在等离子体电流上升率为1.2—2.6MA.s~(-1)时,才能实现低q_L的等离子体参数运行。