磁约束聚变方案中的磁镜、场反及偶极场位形研究进展

随着高温超导技术的日趋成熟,中小型磁约束装置的优势日渐明显。与大型托卡马克相比,偶极场、场反位形和磁镜等装置的结构相对简单,建造和维护成本较低,且更易实现能维持高等离子体压强的磁场位形,这意味着在低磁场下能实现更好的等离子体约束。此外,这些装置在物理原理上具有各自独特的优势,如磁镜装置具有开放的磁场位形和相对简单的结构设计,能支持灵活多样的实验并保持相对稳态运行;场反位形(FRC)装置的极高β值(β为等离子体压强与磁压之比)使得基于FRC的聚变装置在工程上更可行;偶极场装置因其类似地球磁场位形,具有天然良好的磁流体稳定性,有助于维持等离子体的约束。本文重点介绍了磁约束聚变方案中的磁镜、场反位形及偶极场的研究历史、技术进展和未来发展方向,阐述了这3类装置在聚变能研究中的重要性及面临的挑战。此类装置的小型化和经济性也使其在商业化方面更具潜力,能更灵活地进行技术调整和技术创新融合,吸引更多商业资本投入,加速聚变能的实现。

磁镜场空间电荷透镜初步研究

提出了采用磁镜场约束电子云形成空间电荷透镜的新结构 ,分析了磁镜场中形成约束电子云的基本原理。通过近似数值计算 。

一种由负电极和磁镜组成的空间电荷透镜

文章叙述了一种由负电极和磁镜组成的空间电荷透镜。它可以高效率地捕获电子,并具有较强的聚焦性能。在强中子发生器调试中,采用这种透镜使D^+束从9mA提高到27mA。

磁镜场约束等离子体的粒子模拟

用PIC粒子模拟的方法描绘具有初始速度分布的等离子体在磁镜场中的运动状态 ,得出等离子体在磁镜场中的运动轨迹图 ,形象表现了磁镜场对等离子体的约束作用 ,表明用PIC粒子模拟方法探索在磁镜场中等离子体运动的物理过程和规律是可行的和有效的 .

非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体刻蚀化学气相沉积金刚石膜

分别应用郎缪尔双探针和离子灵敏探针对非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体的电子参数、空间分布和离子参数进行了测量,分析了气压对等离子体参数及空间分布的影响。利用该等离子体在优化的气压条件下对化学气相沉积金刚石膜进行了刻蚀,并研究了刻蚀机理。结果表明：电子温度为5～10 eV,离子温度为1 eV左右,而等离子体数密度在1010cm-3数量级。随气压的升高,电子和离子温度降低,而电子数密度先增大后减小。在低气压下等离子体数密度空间分布更均匀,优化的刻蚀气压为0.1 Pa。刻蚀过程中,离子的回旋运动特性得到了加强,有利于平行于金刚石膜表面的刻蚀,有效地保护了金刚石膜的晶界和缺陷。

磁镜式双电极直流电弧炉特性

对北京重型机器厂炼钢分厂5t磁镜式双电极直流电弧炉(简称直流电弧炉)和同容量三相交流电弧炉熔化期产生的噪音和频谱、磁镜线圈产生的稳恒磁场进行了初步研究。研究结果表明,与三相交流电弧炉相比直流电弧炉是一种理想的炼钢熔炼设备。直流炉噪音以易消除的高频噪音为主,与交流炉比较在熔化期的噪音可降低级15dB。熔池搅拌强度大,整个冶炼过程不需要人工搅拌,而且电弧稳定、定向燃烧,熔池升温速度快(4～6)℃/min。

永磁磁镜场的获得

从实验上探讨了获得永磁磁镜场的途径，以及自由调节磁场形态、改变镜比的方法。

带电粒子在磁镜中运动的模拟

通过构造一个磁约束磁场来研究带电粒子在该磁场中的运动.通过理论分析和数值计算模拟了磁镜中带电粒子的运动,并将计算结果可视化.

用碘化钠探测器研究简单磁镜装置MM-2中热电子环特性

使用碘化钠(NaI)探测器,对MM-2简单磁镜装置中热电子环参数进行了测量,得到热电子温度为140—170keV,热电子环的半径为7cm,其径向厚度为4cm,轴向尺寸边缘区域从±10cm延伸至±20cm,同时也观测到了热电子密度沿径向分布,环的位置与磁场强度的关系以及硬X射线发射的时间特性。

磁镜装置中ECR等离子体硬X射线强度观测

本文描述用硬X射线针孔成象法测量简单磁镜装置中ECR等离子体辐射特性的方法及其结果。这种非破坏性的成象法,直接显示了热电子等离子体的空间分布,一次放电可成一帧清晰的象,且由此可得出二维的等发射强度线。大量结果表明电子环是非轴对称的,并非为一个整环,而是在微波注入口的对面有一个缺口。当微波功率改变时,环也在改变。

磁镜原理及其在磁约束中的应用

在普通物理教学中对磁镜原理及应用给予定性的阐述及介绍的基础上,对磁镜原理给出了定量的分析说明,并对其前沿应用进行了介绍.

离子灵敏探针及其在磁镜装置中的应用

使用离子灵敏探针(ISP)对MM-2U简单磁镜装置中等离子体的离子温度和电子温度进行了测量。描述了这种静电离子探针的工作原理及主要的设计参数。对从探针特性曲线得到的离子温度及密度也予以讨论。

带电粒子在磁镜场中运动时速度的演变

本文从带电粒子在磁镜场中的受力情况入手,求出了带电粒子速度随时间的演化方式,并直接由粒子的洛伦兹方程出发,阐明了磁镜效应,此方法不需要论证粒子的磁矩守恒,从而更简单明了地阐明了磁镜效应.

磁镜场在直接耦合式微波等离子体CVD金刚石膜装置中的应用

在自行设计出的直接耦合石英管式微波等离子体化学气相沉积fchemical Vapor Deposition，CVD）金刚石膜装置的石英管反应腔加上磁镜场，以更好地约束等离子体，使等离子体球成为“碟盘”状，提高了等离子体球的密度，在基本参数不变的情况下，沉积面积可由ψ30mm增长到50mm，沉积速度由每小时3．3μm增长到3．8μm，反射电流减小，从而减少了在石英管壁和观察窗的沉积，更好地利用微波能量，有效利用电离的活性基团沉积出高质量的（类）金刚石薄膜。

串级磁镜电子抗磁性漂移气球模

本文利用气球模本征方程，研究了轴对称串级磁镜中电子的抗磁性漂移对离子有限拉莫尔半径致稳气球模的影响，得到了在不同电子温度情况下的气球模增长率及产生边缘不稳定性的临界β值，并讨论了相应的物理机制。

磁镜阵列像增强器的调制传递函数研究

基于三代近贴式像增强器,设计了磁镜阵列装置的结构,从理论上计算了该装置的调制传递函数以及将其引入像增强器后整体的调制传递函数,以此来分析对成像质量的影响.通过对实际参量绘制的调制传递函数曲线分析,得出磁镜阵列装置在X、Y方向的极限分辨率分别为117lp/mm、121lp/mm,奈奎斯特频率处的调制传递函数值分别为0.55、0.59,同时磁镜阵列像增强器的极限分辨率也分别达到了87lp/mm、89lp/mm,相应的奈奎斯特频率处的调制传递函数值为0.49和0.52.结果表明X和Y方向的调制传递函数曲线之间差异较之磁镜阵列装置变小,这对保证成像质量起到了积极的作用.文章为进一步深入研究磁镜阵列像增强器提供了重要的理论依据.

磁镜等离子体中电子回旋波加热实验的理论研究

本文利用平行平板模型,给出了在不同位置、以不同角度入射到平衡的磁镜等离子体中电子回旋波的传播轨迹;利用线性理论计算了O,X波能量分别被本底电子、热电子吸收的波能量沉积率。根据计算结果,文中对加热本底等离子体的特征进行了描述,对非封闭热电子环的形成作了初步解释。

磁镜中的可见光辐射研究

使用高分辨率的多道可见光探测系统测量了HER磁镜在晃荡电子位形形成时的等离子体可见光辐射(主要是H_α线),并对磁镜等离子体的有关特性及其涨落行为进行了研究。

用多路逆磁系统测量热电子环磁镜中热电子沿轴向的分布

本文介绍了多路逆磁测量方法及利用这一方法在ＨＥＲ装置上测量热电子环沿轴向的长度与晃荡电子密度的轴向分布的实验结果。

磁镜聚变增殖堆概念设计

抑制裂变型聚变增殖堆能给10个以上同规模的水堆补给燃料,借助于水堆的经济性能而具有经济上的可行性。设计了这类型的磁镜增殖堆CHD。等离子体半径48厘米,中心室长128米。采用Be作中子增殖剂,生产U-233加浓燃料直接用于水堆。本设计通过燃料增殖剂Th的适当的布置使靠近等离子体区域的裂变得到抑制。U-233在包层中的浓度分布较均匀,因而包层可以整体装卸料。年产U-233 4200kg。此外进行了热工水力、应力、屏蔽、氚在堆中的分布与漏失、放射性、停堆余热和剂量率、电站费用和经济性等分析计算。