HL-1托卡马克中的氢再循环

本文从粒子平衡方程出发,运用Howe的氢再循环模型,借助于设置在不同位置并经绝对校准的H_α探测器测得的信号强度等实验数据,研究了HL-1托卡马克放电中总体再循环系数随时间变化,并采用Ehrenberg定义的加料效率的概念来分析在不同壁和孔栏条件或各种工作气体情况下的壁抽吸和壁加料现象,用四极质谱仪观察并比较了不同等离子体放电后的粒子释放情况,较系统地研究了HL-1装置不同运行条件下的再循环现象及其对粒子约束特性的影响。 关键词：     

HL—1装置碳化和采用抽气孔栏时的可见辐射观测

本文描述了HL-1装置器壁碳化和采用抽气孔栏时,氢及杂质通量的变化情况;利用多道可见辐射的时空分布测量,得到了MARFE放电,在产生MARFE时,辐射热也相应增强。     

HL—1装置交流放电碳化实验

一种交流放电原位碳化技术首次在HL-1装置环形真空室内壁进行了试验。碳沉积膜样品作了扫描电镜,俄歇电子能谱和二次离子能谱深度轮廓和成分分析。壁碳化前后托卡马克放电杂质可见光谱和真空紫外光谱强度对照分折表明,碳化壁状态下,孔烂和金属壁材料Mo和Cr等在等离子体中含量下降80％左右,而C,O等轻杂质量有所上升;氢粒子约束时间τ_p和再循环率系数R较裸金属壁状态大致增加20％。碳化壁经惰性气体He或Kr放电锻炼后,在托卡马克放电中壁表面显示出明显的抽吸作用。     

HL—1装置几种杂质特性

本文叙述了用真空紫外光谱方法观测HL-1装置常规、器壁碳化和抽气孔栏三种放电条件下等离子体杂质的变化以及某些杂质的特性。     

HL—1装置等离子体辐射损失实验研究

本文叙述了在器壁碳化、抽气孔栏、偏民极、送杂质气体、ＥＣＲＨ加热和弹丸注入等实验条件下用多道辐射热探测器阵列测得的ＨＬ－１等离子体辐射损失，并给出了辐射损失的时间分布图。     

HL－1装置等离子体辐射损失实验研究

本文叙述了在器壁碳化、抽气孔栏、偏压电极、送杂质气体、ＥＣＲＨ加热和弹丸注入等实验条件下用多道辐射热探测器（Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ）阵列测得的ＨＬ－１等离子体辐射损失，并给出了辐射损失的时空分布图。     

用真空紫外光谱研究HL—1装置上氧杂质浓度和输运

本文叙述用真空紫外光谱确定HL-1装置杂质浓度的方法,详细描述了用于解释光谱测量的杂质输运模型S1TCODE。为了在每次放电结束后就容易、迅速地获得这些结果,引入了一种快速分析方法。对HL-1装置在通常放电,器壁碳化和抽气孔栏等不同特性放电情况下氧杂质浓度和输运特性进行了初步分析。     

HL—1装置边缘参量的光谱学研究

用光谱学方法测量了HL-1托卡马克等离子体中性氢原子密度n_0的时空分布,氢原子流入通量Г_0。粒子约束时间τ_p及再循环系数R等,测得n_0约为10~9—10~(11)cm~(-3),Г_0为10~(15)—10~(16)cm~(-2)·s~(-1),τ_p为几毫秒到几十毫秒,R≈0.8。根据多次放电实验数据得到了有关的定标关系。实验表明,孔栏半径的大小对氢原子流入通量及粒子约束时间都有显著影响。孔栏在粒子再循环方面起主要作用。     

托卡马克增强约束态的排氦研究

由于氦在当前托卡马克放电实验和将来D－T聚变反应堆中的特殊作用,通常将氦和其它杂质分开来研究。首先,几乎现有的托卡马克装置都采用氦辉光放电清洗（He-GDC)作为常规壁处理技术。这个技术能有效地清除壁材料表面的氧和排空吸附在壁／孔栏中的氢。He-GDC后氦作为剩余气体留在真空室将继续影响等离子体放电。它不仅直接贡献电子,而且引起壁中的氢解吸,导致增强的壁加料,在HL－1装置的喷氦实验表明,电子密度衰减时间常数τp=τp(1-R)是喷氢的3倍（式中,τp是粒子约束时间,R是氢再循环系数）;对于同样的密度,送入气体的量仅为喷氢的1／5,有利于当前有高密度实验。但另一方面,从长远的观点看,排氦又是磁约束D－T聚变反应堆设计的一个重要问题。热化的α粒子所谓氦灰,作为D－T聚变反应的产物必须从系统中除去,否则,燃料将被累积的氦稀释引起氦中毒。下一代稳态托卡马克,如国际热核实验堆（ITER）设计成在增强约束态下运行。Reiter估计必须在7－15倍能量约束时间内（τHe/τE<7-15)把新产生的氦离子除去,使等离子体芯部的氦浓度保持在10％以下,才能维持堆的连续运行。     

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。     

HT-7装置液态锂限制器实验中锂的腐蚀与沉积特性的研究

在磁约束聚变等离子体装置中, 面对等离子体的第一壁将直接影响高温等离子体性能及第一壁寿命, 具有表面自我修复的、能有效抑制边界粒子再循环的液态金属锂第一壁越来越被重视, 其中液态锂第一壁与等离子体相互作用的研究尤其重要. 本文研究了HT-7装置液态锂限制器实验中锂的表面腐蚀及在装置内沉积特性、及其对等离子体性能影响. 实验表明, 当锂与等离子体相互作用较弱时, 锂以微弱的蒸发及溅射形式从表面腐蚀并进入等离子体, 表现为锂的线辐射有所增强, 等离子体内杂质水平降低, 氢再循环降低, 有利于等离子体约束性能提高; 当锂与等离子体间的相互作用比较强时, 锂主要以锂滴形式直接进入等离子体, 引起锂的辐射爆发, 最终引发等离子体放电破裂. 通过对锂斑及样品的分析发现, 锂主要沉积在限制器周围, 并且在低场侧及沿着等离子体电流方向沉积居多, 表现为极向和环向分布不均匀, 这也导致边界粒子再循环分布的不均匀. 这些实验为研究液态锂第一壁与等离子体相互作用, 分析液态锂第一壁在托卡马克装置上应用具有重要参考意义.     

HL-1装置利用光纤传送边界层H_α和杂质辐射的时空分布测量

本文介绍了光纤使用三年来的简单情况;叙述了用氦、氢换气实验的再循环效果;分析了边界层氢和轻、重杂质的时空分布及变化情况;得到了等离子体放电时产生DP和MARFE辐射的时空分布立体图。     

Enhanced energy confinement and performance in a low-recycling tokamak

Extensive lithium wall coatings and liquid lithium plasma-limiting surfaces reduce recycling, with dramatic improvements in Ohmic plasma discharges in the Current Drive Experiment-Upgrade. Global energy confinement times increase by up to 6 times. These results exceed confinement scalings such as ITER98P(y,1) by 2-3 times, and represent the largest increase in energy confinement ever observed for an Ohmic tokamak plasma. Measurements of Dalpha emission indicate that global recycling coefficients decrease to approximately 0.3, the lowest documented for a magnetically confined hydrogen plasma.     

光谱法研究等离子体粒子循环和输运

介绍了三高斯拟合技术,首先用单高斯选点拟合了Hα线形分布的远翼,由谱线的多谱勒展宽得出等离子体离子温度为170 eV,再对剩余量进行双高斯拟合,从多谱勒频移求出反射和解吸粒子入射速度分别为3.0×104 m/s和1×104 m/s,从谱线辐射强度推出再循环粒子由60%反射粒子和40%解吸粒子组成。在简化模型下讨论了粒子的输运行为,算出了氢原子密度、体发射系数和粒子约束时间的分布,均与实验结果相符。分析了粒子入射速度大小对粒子约束时间的影响,结果表明,正常放电下,HT 6M托卡马克粒子约束时间在4~8 ms;反射粒子的速度大小直接决定粒子约束时间的大小和空间分布。     

Edge Turbulence During Limiter Biasing Experiments in the TJ-II Stellarator

The influence of limiter biasing on plasma confinement, turbulence and plasma flows has been investigated in the TJ-II stellarator. Experimental results show that it is possible to modify global particle confinement and edge plasma parameters with both positive and negative biasing. Significant and minor modifications in the structure of plasma fluctuations have been observed during the transition to improved confinement regimes induced by limiter biasing. These results show evidence of electric field induced improved confinement via multiple mechanisms. The investigation of the relaxation of plasma potential and electric fields shows evidence of two different characteristic decay times.     

HT-7超导托卡马克调制电流改善等离子体约束

 在HT-7超导托卡马克上进行了电流调制改善等离子体约束物理实验，获得了初步的实验结果。对电流调制时的径向电场进行了数值计算和讨论。当等离子体环向电流以适当的频率和幅值周期性调制时，低模数的磁流体不稳定性得到明显的抑制，等离子体中心电子温度增加了33%，等离子体电子密度分布明显陡化，能量约束时间增加了27%~45%。杂质辐射周期性减少,粒子约束时间增加了2倍。在等离子体边界产生更强的径向负电场。