中国环流器二号A装置物理实验研究进展

本文介绍了中国环流器二号A(HL-2A)装置概况、系统工程以及在磁约束聚变物理研究方面取得的若干重要进展,尤其是在HL-2A装置上成功实现了具有边缘局域模的高约束模式运行,是我国磁约束聚变实验研究史上具有里程碑意义的重大进展.近年来利用该装置可近性好,原创的加料与控制技术以及先进的高时空分辨诊断系统等独特优势,在HL-2A装置上开展了国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)及未来聚变堆等离子体相关的前沿物理问题与关键技术的研究,获得了一批国际磁约束核聚变领域创新科技成果,为ITER的运行与实验以及未来聚变堆的设计提供了重要技术基础与支撑.     

Scaling Laws of Heat Flux Width in the HL-2A Closed Divertor Tokamak

The scaling law of divertor heat flux width is one of the key topics of magnetic confinement fusion,which is almost inversely proportional to the poloidal magnetic field on some opened divertor tokamaks.This work focuses on the scaling laws of the closed divertor heat flux width in the HL-2 A tokamak under different discharge conditions,such as the Ohmic,L-and H-modes.The results indicate that there are basic similarities of the scaling laws of the heat flux width between the opened and closed d...     

基于深度学习的ELM实时识别研究

基于深度学习的方法,在HL-2A装置上开发出了一套边缘局域模(ELM)实时识别算法。算法使用5200次放电数据(约24.19万数据切片)进行学习,得到一个深度为22层的卷积神经网络。为衡量算法的识别能力,识别了HL-2A装置自2009年实现稳定ELMyH模放电以来所有历史数据(约26000次放电数据),共识别出1665次H模放电,其中误识别35次,误报率为2.10%。在实际的1634次H模放电中,漏识别4次,漏识别率为0.24%。该误报率和漏报率可以满足ELM实时识别的精度要求。识别算法在实时控制环境下,对单个时间点的平均计算时间为0.46ms,可以满足实时控制的计算速度要求。     

HL-2A托卡马克中性束辐射光谱的数值模拟

采用数值模拟的方法研究中性束辐射光谱(BES)对开展与中性束相关的光谱诊断与实验有重要的指导意义.本文在HL-2A托卡马克装置上利用ADAS数据库（Atomic Data and Analysis Structure,1998）计算有效束辐射系数和有效束衰减系数,分析了束辐射光谱强度与等离子体运行参数和中性束参数的关系,并在不同的中性束注入能量、等离子体密度分布和等离子体温度分布的情况下,获得了束辐射光谱强度的空间分布.在n_e=2×10¹³ cm< 关键词： 中性束 束辐射光谱 束衰减     

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为了获取HL-2A等离子体的离子温度、旋转速度及其分布等重要参数,首次在HL-2A装置上开展了CXRS诊断。通过利用能有效探测微弱光的EMCCD和特殊设计的光学采集系统,获得了具有足够信噪比的诊断信号。实验得到的测量信号分析表明,设计是切实可行的。     

基于卷积神经网络的HL-2A装置H模辨识研究

基于HL-2A装置的放电实验数据,利用卷积神经网络和时间窗口算法开发了高约束(H)模时段的识别算法,得到了可靠的高成功率的高约束模时段识别结果。算法中,选取206次放电实验数据中等离子体储能及氘α通道信号作为双通道原始数据进行学习,得到一个深度为21层的二分类卷积神经网络。该网络模型经过其他474次放电数据的测试集检验,高约束模识别的正确率达到了98.17%。     

First Charge Exchange Recombination Spectroscopy Diagnostic in HL-2A Tokamak

Spatially resolved measurements of ion temperature are crucial for understanding plasma dynamics. A charge exchange recombination spectroscopy diagnostic system based on a heating neutral beam is installed on the HL- 2A tokamak. An optical collection system is designed in accordance with the actual geometry of HL-2A and the CVI 529.2nm （n = 8 → 7） charge-exchange recombination line. Preliminary measurements show that the CX signals have enough signal-to-noise ratio （SNR）. The ion temperature and its profiles are obtained through this svstem for the first time.     

HL-2A装置上超声分子束注入触发L-H转换的实验研究

利用具有定向速度的超声分子束注入技术,研究了HL-2A装置在较低加热功率条件下实现L-H转换的等离子体放电特征,从边缘密度分布的差异比较分析了普通送气和超声分子束注入对L-H转换的影响.实验结果表明,HL-2A装置上采用超声分子束注入可直接触发L-H转换,明显降低L-H转换功率.通过对大量实验数据的分析和整理发现,利用超声分子束注入实现L-H转换的最低加热功率,比同等条件下采用普通送气实现L-H转换的最低加热功率减少约10％.     

托卡马克高约束模边缘等离子体不稳定性研究

托卡马克高约束模运行可大幅提高磁约束核聚变等离子体约束品质,该模式下的等离子体不稳定性研究对于控制约束和保护装置有重要意义。本文主要介绍了高约束模及其边缘等离子体不稳定性的研究概况,并重点介绍了中国环流器二号A托卡马克装置上关于高约束模转换、边缘局域模特征和控制方法、台基区不稳定性和台基饱和机制等方面的研究进展。研究结果表明,实验上有望通过粒子和射频波注入等外部激励的方法,影响台基区等离子体湍流,进行控制台基动力学演化以及ELM,实现既保持高约束又降低高热负荷的等离子体稳态运行。     

相对标定电荷交换复合谱及束发射谱测量杂质浓度的方法研究

采用数值模拟方法计算了HL-2A装置上电荷交换复合谱和束发射谱的强度,并根据两种光谱的比值得到碳和氦杂质的浓度,与初始假设对比后验证了该方法理论上的可靠性。实验上采用一台三光栅光谱仪系统,利用同一视线、同时测量了碳(CⅥ)、氦(HeⅡ)的电荷交换复合谱及中性束发射谱,首次在HL-2A装置上同步获得了C6+、He2+离子的绝对浓度剖面。该方法采用了相对强度标定而非复杂的绝对强度标定,并且避免了中性束衰减计算。