CCD在弹丸消融观测的应用

描述CCD器件在HL-1M多发弹丸加料实验中观测短暂消融云的应用结果,并介绍一种有特色的触发方式 用弹丸自身辐射的氢a 射线启动相机。实验证明:这种安排能取得大量照片,CCD成功地应用于弹丸消融过程观测, 图片处理分析后获得消融云形状、结构和辐射强度分布等。可以相信CCD诊断方法不但加深了弹丸加料的认识,也会促进军事工程相关瞬态高速过程的研究。     

HL—1M多发弹丸注入的CCD摄像触发方式的改进

多发弹丸加料是为稳态聚变堆提出的,它可以控制放电等离子体密度分布,改善约束性能和提高密度极限,是国际受控核聚变研究的重要内容之一。在实验中CCD相机可以用于研究弹丸与等离子体相互作用的许多复杂物理现象,用它拍摄弹丸在等离子体中消融云的照片是研究弹丸消融过程极其有效的手段。1999年用改进后的8发氢弹丸加料系统在水平方向上注入HL－1M等离子体,用SensiCam360LF型CCD相机在弹丸发射线连接法兰轴线上端,进行弹丸消融云的拍摄,观察弹丸的消融过程。     

HL-1M弹丸云分析和安全因子初步测量

在HL－1M装置上用高速二维成像CCD相机观测了弹丸的注入和消融过程,获得了一次放电的大量高时间分辨率（曝光时间为0.1us）的多幅度多次曝光的弹丸消融云照片,并对HL－1M等离子体的q分布进行了初步测量。描述了基于消融云倾斜角观测进行q分布测量的实验布局、基本问题和结果。根据照片分析了弹丸注入效果,讨论了弹丸与等离子体相互作用的物理机制。     

HL—1M多发弹丸加料等离子体的特性

对ＨＬ－１Ｍ装置在一次放电中注入３－８粒氢弹丸的欧姆加热等离子体密度分布和扰动特征进行了研究。实验表明,器壁再循环对高密度的获得有重要的影响。在再循环较高的条件下连续注入３粒１．０ｍｍ弹丸,获得了加料实验的最好参数：等离子体中心密度ｎｅ（０）＝５．３×１０１３ｃｍ－３,总体储能Ｗｐ＝６．０ｋＪ,τｅ＝２６ｍｓ。用ＣＣＤ相机拍摄了弹丸消融云的照片,并对消融过程进行了简要的分析。结果证实,消融的不对称和弹丸轨迹的偏转是电子侧消融强于离子侧的结果,弹丸发射间隙及完整性对密度扰动有重要的影响。     

高温等离子体中固体弹丸消融过程的研究

本文求得了弹丸消融过程的自洽解析解。结果表明:Parks的弹丸消融理论需要修正;弹丸消融速率由消融物云和表面蒸发层共同控制;入射电子通过消融物云时慢化效应并不显著;消融物离开弹丸表面时一般呈部分电离态;聚变堆条件下,弹丸表面可能会出现激波。     

HL—1M多脉冲分子束注入的CCD摄像

HL－1M装置实现了一种新的气体加料改善约束的方法－分子束注入（用多脉冲高速分子束注入加料）。多脉冲分子束注入加料可以控制等离子体密度分布、改善约束性能和提高密度极限。HL－1M托卡马克的多脉冲分子束注入得到了高的加料效率、改进了能量约束并维持了较高的密度峰化截面。分子束加料τE的改善和Qn 值的增加可与HL－１M装置的小弹丸注入和ASDEX的小弹丸注入结果相比拟。脉冲高速分子束是由高压氢分子气体通过拉瓦尔（Laval)喷口形成的。在实验中CCD相机可以用于研究分子束与离子体相互作用的许多复杂物理现象,用它拍摄分子束在等离子体中的辐射云照片是研究分子束辐射过程极其有效的手段。     

HL—1M装置多发弹丸加料实验观测

首次在ＨＬ－１Ｍ装置上投放使用的多发弹丸加料系统，能一次注入多达４粒Φ１．０ｍｍ的氢弹丸，弹丸速度在５００－８００ｍ．ｓ＾－１之间。弹丸注入后，得到离子体密度峰化系数ｎｃ（０）／〈ｎｃ〉＝１．８能量约束时间与喷气加料放电的相比提高３０％以上的实验结果。观察到了弹丸注入等离子体引起弹丸消融物沿磁力线流动的图像变化，电子温度分布和ＭＨＤ行为的演变过程以及新的边缘等离子体特性。     

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建立了计算托卡马克加料中弹丸消融的物理模型,结合1维输运模型编制了1.5维弹丸消融计算机模拟代码。使用ITER-FEAT的相关参数,对半径为6mm,初速度为2000m·s?1,从低磁场侧注入弹丸的消融速率进行了模拟计算。结果显示,弹丸消融速率先随注入深度而逐渐增大,最大消融速率约6×1026s?1,然后由于弹丸半径的减小,消融速率迅速减小,穿透深度约0.45m。这一结果与中性气体屏蔽模型(NGS)的结果一致,证明计算代码正确有效。同时,从计算结果反映出,对ITER这样的堆级托卡马克,采用常规弹丸注入方式,尽管速度高达2000m·s?1,穿透深度也远未达到等离子体中心,因此应采取其他有效措施来提高等离子体加料效率。     

改善ITER 弹丸注入芯部加料的研究

研究了五种不同组合的固态氢同位素靶丸H₂、HD、D₂、DT 和T₂ 在聚变等离子体中的消融率。结果表明, 燃料靶丸的同位素效应, 可导致更深的靶丸消融物质沉积。在同样的本底等离子体条件和弹丸初始参数下, 注入氚丸比氢丸的穿透深度增加约40%。适度减轻一些ITER 的加料困难。进一步的研究表明从中平面高场侧注入靶丸对芯部加料有显著改善。考虑托卡马克非均匀磁场的影响, 被电离的消融云内的垂直漂移电流产生极化, 引起带电消融物沿大半径方向朝外漂移。数值模拟计算表明, 只要用初始速度为每秒几百米的低速弹丸, 便能使靶丸的消融物质沉积到ITER 等离子体中心。     

弹丸消融速率的理论模型及数值计算

建立了计算托卡马克加料中弹丸消融的物理模型,结合1维输运模型编制了1.5维弹丸消融计算机模拟代码。使用ITER-FEAT的相关参数,对半径为6mm,初速度为2000m•s^-1,从低磁场侧注入弹丸的消融速率进行了模拟计算。结果显示,弹丸消融速率先随注入深度而逐渐增大,最大消融速率约6×10²⁶s^-1,然后由于弹丸半径的减小,消融速率迅速减小,穿透深度约0.45m。这一结果与中性气体屏蔽模型(NGS)的结果一致,证明计算代码正确有效。同时,从计算结果反映出,对ITER这样的堆级托卡马克,采用常规弹丸注入方式,尽管速度高达2000m•s^-1,穿透深度也远未达到等离子体中心,因此应采取其他有效措施来提高等离子体加料效率。     

CCD相机成象位置的校准和q分布测量的修正

对HL－1M装置上使用的CCD相机成象的空间位置进行校准，给出径向远方景点和近方景点在瞄准平面的投影点的物长公式，并在校准的基础上修正安全因子q径向分布的测量结果。详细讨论了诊断方法的注意事项和改进方法，并提出一些当前可行的建议。     

HL-2A 装置可见光诊断方法初探

等离子体H_α 径向分布的测量是等离子体实验中的重要内容。在HL- 2A 实验中, 等离子体成像系统中的CCD 图片记录了等离子体辐射信息, 特别是H_α  线辐射信息( 在相机前加H_α 滤光片) 。因为光测量是辐射的线积分, 数据的处理和分析显得十分必要的。利用等离子体可见光成像系统, 采用Abel 变换, 得到H_α  在HL- 2A 装置中的径向分布, 提供了一项可靠的测量手段。     

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。     

HL-2A托卡马克送气成像研究

送气成像(gas puff imaging，GPI)是一种重要的研究边缘辐射诊断手段.分析了送气(gas puffing，GP)的原子分子过程，指出气体辐射的主要成分是Hα线，出现在边缘区域，并给出其强度和位置的表达式.介绍HL-2A托卡马克上GPI成像系统的改进和实验布置.从成像的角度获得了GP实验中氢气在等离子体空间的辐射图形，观察结果证实上述分析.在放电开始阶段，氢原子可以穿越待建立的完全等离子体区并形成长条形的辐射亮区.一般的GP加料中，CCD图片与控制信号，以及其他诊断结果相符合.在等离子体边缘区域强场侧(HFS)和弱场侧(LFS)都观察到很强的Hα线辐射. 关键词： 送气 CCD成像 Hα线     

1.06 μm激光对CCD、CMOS相机饱和干扰效果对比研究

 为了对比激光对CCD、CMOS两种图像传感器的干扰效果,利用1.06 μm高重频激光开展了对CCD、CMOS两种相机的饱和干扰实验研究,分析了两种相机在干扰有效面积、饱和干扰面积、干扰前后图像相关度等与激光入射功率之间的关系。实验结果表明:CMOS相机达到单元像素饱和的激光功率阈值是CCD相机的20倍;要达到相同的干扰有效面积,所需的激光功率CMOS相机要大于CCD相机10倍～100倍;要达到相同的饱和像元数,所需的激光功率CMOS相机比CCD相机约大10倍～60倍。因此,CMOS相机要比CCD相机具有更好的抗1.06 μm激光干扰能力。     

彩色数字摄像机控制参数影响的标定

当彩色CCD数字摄像机作为测量设备应用时,必须清楚地了解输入光强信号和输出信号之间的关系,明确各控制参数对信号的影响。依据彩色CCD数字摄像机原理和相关文献,建立起一般性的信号传递函数,针对于特定型号的彩色CCD数字摄像机,通过积分球测试实验对信号传递函数中相关影响参数进行标定分析,验证其影响方式和适用范围。     

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     

A dazzling phenomenon of CW laser on linear CCD camera

A laser dazzling experiment is performed on a linear CCD camera, in which a new dazzling phenomenon is found. It is that a laser beam has caused three spots in the output video of the CCD. The three spots lie in the line along which the linear camera is scanning. The middle spot is the image of laser beam that can be anticipated, but the two sideward spots is a new phenomenon that hasn’t reported in other open literatures. We testify that it isn’t laser high-order mode, diffraction and multiple reflections in the optical path outside the camera that cause the three spots. In the process that linear CCD camera scans the laser beam, the multiple reflections between the lens and CCD image sensor are analyzed. The results indicate that multiple reflections inside the camera can induce the sideward spots. Three basic factors that caused sideward spots have been summed up as follows: the scanning mode of the linear camera, the high brightness of laser, and structure of lens and CCD image sensor.     

多孔介质体干燥过程中含水率分布的可视化研究

工业中应用广泛的食品干燥等干燥现象,多是含水多孔介质体的干燥。本文利用可视化实验,研究了含水多孔介质体的干燥现象。并利用实验拍摄的数字图像进行分析和含水率计算,提出干燥过程中含水率分布图像化的方法,并讨论了将此图像化方法应用于含水多孔介质体干燥的可行性。