核工业西南物理研究院2006年度聚变研究进展综述

本文综述了2006年度聚变科学所的主要研究工作，重点介绍了HL-2A装置物理实验、ITER课题组任务和HL-2A装置主机改造等研究工作的进展。     

HL-2A装置供电系统年度进展

本文综述了2006年供电系统在电机变频调速、励磁改造方面的研究成果，介绍了磁场电源和二级加热电源的现状和新项目研制进展，总结了供电系统在HL-2A装置试验中的运行结果并展望装置升级改造后对电源系统的功率与能量的需求。     

HL-2A装置第一壁石墨组件研究

HL-2A装置的第一壁由石墨构件、Cu偏滤器靶板和AISI 304LN不锈钢真空室内壁组成。石墨构件总重量为44kg,覆盏面积为2．80,覆盖率为2．2％。由于HL-2A装置所用石墨件材料均为历经长期托卡马克实验和长期暴露大气的石墨材料,因此石墨构件的处理效果显得更为重要。介绍了EK98、SMF-800石墨材料、ASDEX装置用CFC、国产CFC的研究结果和HL-2A装置第一壁石墨材料预处理及其结果。     

HL-2A装置极向场系统的场形特性

HL-2A装置的主机是利用原德国的ASDEX装置改装的，虽然原装置的极向场系统的参数设置均已确定，但为了今后研究需要，极向场系统的运行方式会与原ASDEX不同(例如将主要采用单零偏滤器运行等)。若要进一步对装置进行改造，有必要掌握现有极向场系统的特性及功能。本文介绍相关极向场系统的磁通函数和垂直磁场或水平磁场的计算方法和计算结果。     

HL-2A装置ECRH传输系统的概念设计

HL-2A装置将建造一个75GHz／1 MW／1s的ECRH系统。本文介绍了由传输线和水平天线构成的传输系统的概念设计(见图1)。详细介绍了系统的主要部件：波导，椭球镜，CVD窗(见图2)和可调节的平面镜。对天线的新设计能使波束极向可调，使得能量能沉积在不同区域。     

HL-2A装置上汤姆逊散射测量的初步结果

本文介绍了HL-2A装置上激光汤姆逊散射诊断系统的主要仪器构成，重点介绍了等离子体芯部单空间点电子温度，密度的实验测量结果。     

HL-2M 装置 NBI 加热系统规划及束线研究进展

为满足 HL-2M 装置高约束模式及高参数实验需求,HL-2M 装置规划 3 条中性束注入(NBI)加热束线, NBI 加热功率为 15MW。第 1 和第 2 条束线是基于正离子源的 NBI 加热束线,根据中后期高参数实验状态确定第 3 条束线采用正离子源或者负离子源。本文简要介绍了 HL-2M 装置的加热束线布局和系统设计概念,综述了基于 4 套 80kV/45A/5s 离子源的 5MW-NBI 中性束加热束线的设计参数及研制进展。在物理和工程可行性简要分析基 础上,给出了采用 2 套 200kV/12.5A/10s 热阴极负离子源的 2.5MW-NBI 束线的概念设计、工程设计及技术研究进 展。      

HL-2A装置真空室烘烤温度反馈控制系统设计

设计了HL-2A装置主机真空室烘烤温度反馈控制系统,用实验法获得系统近似数学模型,建立了HL-2A装置烘烤系统阶跃响应模型。运用控制理论对系统性能指标进行了设计分析,利用Simulink软件对控制系统进行了稳定性分析,通过西门子PLC300系统对此控制系统进行了软硬件实现。     

HL-2A装置器壁硅化实验

中国环流器2A（HL-2A）是我国第一个运行于偏滤器位形的托卡马克装置，为在较高等离子体参数下深入开展改善约束、大功率二级加热和电流驱动和加料等国际前沿工程与物理课题的实验研究，其第一壁将覆盖大面积的石墨材料和碳纤维保护瓦。因此，HL-2A装置器壁原位处理技术的应用和发展，涂层与等离子体相互作用特性的研究对有效控制杂质的产生，改善等离子体约束性能，提高装置实验运行参数都具有重要的意义。     

HL-2A装置二级加热工作进展

本年度等离子体加热研究室开展了以HL-2A装置二级加热为主要任务的科研项目，完成了电子回旋共振加热项目的工程研制（2MW／1s），进一步完善了低杂波电流驱动项目，在HL-2A装置实验中取得了良好的结果，目前正在开展中性求项同的建设。各项研究工作将在本文中作一介绍。     

HL-2M 装置供电系统研制

为满足 HL-2M 装置的供电需求,须配套建设相应的供电系统。通过仿真计算 HL-2M 装置的总体供 电需求,考虑到 HL-2A 装置现有的供电系统设备,提出了兼顾 HL-2A 和 HL-2M 装置供电需求的总体配置方案。介绍了国内首台 300MVA 立式交流脉冲发电机组、磁体电源、高压电源和电源控制系统的研制情况。     

HL-2A装置真空室钛球加热电源的研制

为了更好地改善HL-2A装置真空室壁环境，利用金属钛高温升华时能吸附在真空室内壁的物理特性，在装置真空室设置了14个金属钛球。钛球升华温度约1200℃，通过给钛球灯丝通人40～50A电流加热可达到此升华温度。对此，我们设计研制了14台低压、大电流电源，给HL-2A装置真空室钛球进行加热，希望在实验中能获得更为满意的等离子体参数。     

HL—1装置杂质清除率的研究

本文比较了ECR,AC和TDC纯H_2放电清洗,TDC+ECR(AC)纯H_2组合放电清洗和ACH_2+Kr(Xe,Ne)混合气体放电清洗对HL-1装置真空壁的清洗效果;总结了1984—1989年度各种壁条件下,HL-1装置杂质平均清除率;从气体动力学方程出发,分析了实验结果。     

HL-2A装置反馈控制系统程序放电的实现

HL-2A装置反馈控制系统的主要任务是逐步实现对等离子体电流、位移、形状和密度的实时反馈控制，从而能够按照实验目的对托卡马克等离子体进行各种试验。主要介绍了HL-2A装置反馈控制系统的硬件组成以及软件的结构和特点。这个系统能够很好地满足HL-2A装置程序放电的要求。     

HL-2A装置与HL-2M装置控制处理研究与发展

2006年，围绕HL-2A装置实验控制、数据采集与处理，开展了高性能计算系统建设，基于EFIT代码的HL-2A等离子体位形重建以及若干大型代码的引进移植；实施了水平场电源部分有环流控制；设计制作了新型抗干扰采集器；开展了基于模拟信号脉冲识别的计数研究，在此基础上通过SDD诊断数据计算获得了等离子体电子温度；对HL-2A数据存储系统与实验网进行了全面升级，围绕HL-2M项目，开展了HL-2M位形和极向场线圈设计，HL-2M等离子体控制系统的预研．     

HL-1装置主机的工程调试

本文叙述了HL-1装置主机在工程调试和等离子体放电中所涉及的主要技术问题。文中详述了场形和变压器芯柱伏秒数的一些测量结果,并阐述了主机的工作状况和一些技术性能。目前该装置已运行于B_t=2.3T,I_p=135kA参数下,运行情况表明:HL-1装置主机有着较好的技术性能,基本上满足物理实验的要求。     

HL-2A 装置偏滤器改造的初步设计

根据HL- 2A 装置的结构特点, 提出了HL- 2A 装置偏滤器系统改造的基本方向。对HL- 2A 极向场线圈系统进行了优化设计, 计算了单零平衡位形, 进行了开放式偏滤器的结构设计, 并对新的偏滤器系统进行了热分析和结构分析。结果表明, 新的偏滤器系统新的偏滤器系统能够满足具有一定拉长比和三角形变的等离子体放电要求。     

托卡马克装置第一镜受污机理及防护研究

本文简要描述了本项目的研究计划。该项目在本年度共进行了3次样品辐照试验，对辐照后的样品做了表面分析、结果表明第一镜的沉积主要是由于高能粒子与第一壁材料的轰击所致，对于HL-2A装置目前的放电参数和运行状况、辉光放电和壁的硅化处理更容易造成窗口玻璃或第一镜的沉积。     

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-2M装置反馈控制系统的设计

简要描述HL-2M控制系统的概念设计,主要对其中反馈控制部分作了介绍,重新编写了反馈控制程序。为了满足HL-2M装置对控制系统的进一步要求,重新设计了反馈控制系统程序。对其中一些功能的实现方法进行了设计改进,引入了由反射内存卡构建的实时通讯网络,并以此通讯网络为基础进行了反馈控制系统的架构布局。在Linux操作系统中,利用以前放电的实验数据,模拟测试了新的反馈控制系统。测试结果良好,满足预期要求。