HL-2A装置上刮削层丝状结构时空特征的实验研究

在HL-2A装置上,采用环向相距2100mm的组合探针阵列研究了刮削层涨落谱特征和阵发性丝状结构(blob)动力学过程。实验结果表明,沿磁力线方向静电涨落具有强的环向长程相关性,平行波数接近0,符合交换模的特征。电子回旋共振加热(ECRH)期间,在最后闭合磁面外侧形成径向宽度约1.0cm的E×B剪切层,它对经过该区域的blob具有一定的拉伸作用。条件平均方法分析指出,ECRH期间相比于欧姆加热条件下blob极向尺寸仅增加了20%~30%,但blob内部电势差增大了约40%~60%,暗示了blob内部电势差增加是导致blob径向速度增加的主要原因。这些实验结果为ECRH期间观察到blob阵发性输运的增加提供了一种解释,对理解blob径向速度定标律以及控制blob对流输运具有重要的意义。

HL-2A 装置边缘湍流与带状流相互作用的实验研究

利用组合静电探针阵列研究了HL-2A装置中湍流与带状流相互作用的动力学过程。实验结果表明,在粒子注入后的等离子体恢复阶段,边界区径向电场剖面逐渐变陡,湍流相干尺度和带状流幅度相应增加,而湍流强度随之降低。这些实验提供了带状流与边缘湍流相互作用的直接实验证据,暗示了能量转移是引起带状流增长的主要原因。

An improved TDE technique for derivation of 2D turbulence structures based on GPI data in toroidal plasma

This paper reports an improved time-delay estimation(TDE)technique for the derivation of turbulence structures based on gas-puff imaging data.The improved TDE technique,integrating an inverse timing search and hierarchical strategy,offers superior accuracy in calculating turbulent velocity field maps and analyzing blob dynamics,which has the power to obtain the radial profiles of equilibrium poloidal velocity,blob size and its radial velocity,even the fluctuation analysis,such as geodesic acoustic modes and quasi-coherent mode,etc.This improved technique could provide important 2D information for the study of edge turbulence and blob dynamics,advancing the understanding of edge turbulence physics in fusion plasmas.

HL－1装置热脉冲传播的傅里叶分析

本文采用一种新提出的数值方法［１］，即傅里叶变换分析法，研究了ＨＬ－１装置中用软Ｘ射线测量得到的锯齿振荡诱导的热脉冲传播行为。此方法不仅可以计算扰动调制的热传导系数，而且可以分析各次谐波的幅值和相位随频率及空间的演变，并与热脉冲峰值时间延迟分析法进行了比较，两者推算的热传导系数符合较好。所得结果和稳态能量平衡方法的推测值也为同一量级。在相似条件下，氘放电的热传导系数比氢小，即同位素效应能改善约束。大量运算结果表明，傅里叶分析法和峰值时间延迟分析法都可用于ＨＬ－１装置热脉冲传播的常规数值分析，并可应用于ＨＬ－１Ｍ的数据处理。

HL-1M装置锁模不稳定性研究

研究了 HL - 1M装置上锁模不稳定性和密度极限破裂。锁模不稳定性通常出现在低密度的实验中 ,在软 X射线和 Mirnov磁扰动上都观察到了频率相同的先兆振荡 ,其时间尺度为10 ms。边缘温度的突然下降是产生锁模不稳定性的重要标志。锁模出现几毫秒后时常发生大破裂。

HL-1装置放电坪区小破裂现象分析

HL-1装置上观测到大量放电破裂现象,其中一类出现在电流坪段的小破裂现象,在文献上讨论很少,其产生时的安全因子是2.5≤q_a≤4.5,密度为1×10^(13)cm^(-3)≤n<3×10^(13)cm^(-3)或n≥4×10^(13)cm^(-3), 在环压及软X射线上观测到几百毫秒的驰豫振荡。本文详细分析了这类现象的性质及特征,并讨论了其产生的原因。

托卡马克等离子体中q=2面附近的磁流体驰豫现象

本文在采用一维圆柱输运模型来摸拟托卡马克等离子体欧姆加热时,考虑了杂质辐射与磁岛演变的耦合作用。我们发现,在一定参数条件下,m/n=2/1的磁岛宽度及相应于q=2面附近的电子温度会产生驰豫振荡。本文主要讨论了出现这种驰豫现象的原因及其对增强托卡马克约束的意义。

HL-1装置密度极限破裂分析

HL-1装置上观测到大量的密度极限破裂放电。其主要特性是破裂前偏离几何中心的磁面位移很小,中心区总是观测到锯齿现象,破裂后,其电流中断时间大于20ms。本文详细分析了出现在电流上升段,坪段及下降段密度极限破裂的特征。其中一类是由于辐射功率超过加热功率所确定的村上极限,没有观测到先兆振荡;另一类是由于约束变坏所确定的赫吉尔极限,可观测到驰豫几毫秒的先兆振荡,这类放电破裂后多数能恢复。该装置运行的最大村上参数是0.35×10^(20)m^(-2).T^(-1)。

托卡马克等离子体环向电流的锯齿效应

本文从动力论出发，分析了在托卡马克欧姆感应驱动（ＯＩＣＤ）和低杂波驱动（ＬＨＣＤ）等离子体的组合放电中，锯齿崩塌时，循环电子和俘获电子对环向电流及其密度产生的调制作用。采用了Ｒｏｇｉｓｔｅｒ近年的一项理论，讨论了崩塌过程中磁场扰动对电流的影响。用二维解析近似对ＨＬ－１Ｍ装置作的数值估算结果表明，Ｒｏｇｉｓｔｅｒ对电流的分析需要加以修改。

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AISI304LN不锈钢真空室内壁组成。石墨构件总重量为44kg,覆盖面积为2 8m2,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-1M装置超声分子束流注入过程中的团簇现象

在 HL- 1M装置上最近改进后的超声分子束流加料实验中 ,发现边缘等离子体的 Hα线辐射信号沿大环方向呈现有序变化。在超声分子束注入口附近区域 ,Hα信号为长方形正脉冲 ,类似于分子束注入脉冲 ,而在远离注入口区域的边缘 Hα信号为负尖脉冲。在注入口附近区域 ,用静电探针测得的径向电子温度和密度在超声分子束注入期间分别下降和上升了一个数量级。CCD相机拍摄分子束与等离子体相互作用产生的 Hα 线辐射强度分布等实验结果表明 ,注入的“冷通道模型”可能是成立的。根据高压气体射流形成团簇的经验定标律Γ * =kd0 .85p0 / T2 .2 90 ,通常Γ * >10 0即有可能出现团簇。本实验中Γ* 的值约为 12 7,有可能形成团簇。分子束流中出现团簇有利于增加注入的深度。在超声分子束注入过程中呈现的新实验现象与团簇的联系有待进一步研究。

HL-2A装置偏滤器室中性气体压强规

研制了一种可工作于强磁场、强干扰环境下的快响应真空电离规(快规)。介绍了快规的结构、原理、设计梗概和在HL 2A装置偏滤器室中原位测量中性气体压强的实验结果。无磁场时,在压强1×10-5～6×10-1Pa的范围内,快规的线性度良好,H2压强的测量上限为1.5Pa,He压强的测量上限为4Pa,覆盖了目前HL 2A装置偏滤器的运行范围;快规处磁感应强度在0 6T左右时,其灵敏度约提高至无磁场下的3倍。快规的响应时间小于4ms,并且具有较强的抗干扰能力。

HL-2A主机改造的初步方案

为进一步提高HL-2A装置的放电参数和优化等离子体位形,给出了三种可能的主机改造途径:保留真空室,去掉并调整真空室内部分多极场线圈的局部改造方案;保留真空室,重新布局极向场线圈的中等规模改造方案;重新设计真空室和极向场线圈系统的大规模改造方案。对三种改造方案对放电参数和位形的影响和改造工程的可行性进行了分析比较,重新设计真空室和极向场线圈系统的大规模改造方案是最佳选择。

HL-2A装置的ECRH实验和偏滤器特性

用HL-2A装置下偏滤器靶板上的14组嵌入式静电三探针阵列和外偏滤器室的电动扫描四探针组,测量了同一环向截面的内外中性化板上的电子温度、密度、悬浮电位及其分布,以及电子回旋加热(ECRH)实验期间的等离子体行为。研究了偏滤器中等离子体参数的分布及非对称性以及等离子体的形成、物理特性和改善粒子的约束特性。

HL-2A等离子体边界识别的研究

利用电流丝模型编写的电流丝编码和采集到的18个磁探针测量数据、等离子体电流和极向场线圈电流的数据做了重建HL 2A等离子体边界的研究。计算结果表明,电流丝编码能够正确地识别等离子体的边界、偏滤器位形和X点的位置。计算获得的偏滤器内外靶板上打击点出现和消失的时间与布置在偏滤器靶板上静电探针测量到的信号很好地符合。在Pentium4的PC个人计算机上(CPU为2.4GHz,800MHz总线)计算每一个时刻的等离子体边界时间小于1ms。

HL-2A装置送气和加料的脱靶特性

HL-2A装置辐射偏滤器实验采用边缘补充送气和分子束加料等方法来提高主等离子体密度,降低边缘等离子体温度、增加辐射功率分额,获得脱靶等离子体。偏滤器室内进行主动补充送气或者注入惰性气体杂质,降低偏滤器等离子体温度,获得脱靶等离子体,并首次获得了超声分子束注入产生脱靶等离子体的实验结果。利用HL-2A装置偏滤器同一极向截面内外中性化板上安装的嵌入式探针阵列和偏滤器室安装的电动探针系统,测量了偏滤器靶板上和偏滤器室的等离子体参数及其分布,并进行了相关分析和改善约束以及偏滤器脱靶等离子体运行模式下等离子体行为的研究。

HL-2A装置超声分子束注入缓解偏滤器靶板上边缘局域模热通量研究

在HL-2A装置上优化和发展了偏滤器靶板上的红外测温系统,并利用该系统分析了高约束模放电期间边缘局域模的热沉积分布特性。在高约束模式放电期间,超声分子束注入使边缘局域模所引起的偏滤器靶板上瞬间热通量峰值下降了~60%,并伴随着边缘局域模爆发频率增加了2~3倍,而等离子体储能仅下降了~8%。分析结果表明,大幅度的丝状结构在超声分子束注入之后得到了有效抑制,沉积到偏滤器靶板上的瞬间热通量峰值也随之下降。此外,在超声分子束注入之后偏滤器室内的热辐射损失大幅度增加,从而耗散了热输运所携带的部分能量,进一步分散了沉积到偏滤器靶板上的能量,有效地保护了偏滤器靶板。

HL-2A装置的边缘参数测量

HL-2A装置中平面边缘的等离子体特性通过磁力传动的马赫/雷诺协强/朗缪尔10探针组进行了研究。10探针组安装在可径向向里和向外移动,并可绕轴旋转360o的传动杆上,用于测量主等离子体边缘的温度、密度、悬浮电位、空间电位、径向和极向电场、湍流的雷诺协强、径向和极向等离子体流速及其径向分布。HL-2A装置的实验结果表明,边缘等离子体扰动诱发的雷诺协强产生了边缘极向流;雷诺协强的径向梯度驱动带状流抑制了湍流输运。

HL-2A等离子体边缘的快速单探针测量

介绍了对HL 2A装置中平面边缘等离子体的单探针测量。单探针是安装在可径向移动、并可绕轴旋转360o的传动杆上的。在1MHz的快速采样频率下,测量了主等离子体边缘的温度、密度、悬浮电位、空间电位、极向等离子体流速的径向分布。测量的结果表明,利用单探针测量的主等离子体边缘参数与朗缪尔四探针测量结果基本一致。

HL-2A偏滤器位形的边缘等离子体特性

通过中平面活动10探针组、往复快速扫描4探针和低杂波天线口的固定4探针测量了主等离子体边缘的温度、密度、悬浮电位、径向和极向电场、雷诺协强、径向和极向等离子体流速及其径向分布。用偏滤器靶板上的14组嵌入式静电3探针阵列测量了同一环向截面的内外中性化板上的电子温度、密度、悬浮电位及其分布。比较了在孔栏位形和偏滤器位形下边缘等离子体特性的差异,特别是两种位形下边缘温度和密度衰减长度的变化。分析了在多脉冲超声分子束加料和低杂波注入条件下的边界等离子体特性,以及雷诺协强的径向梯度与极向流和径向电场梯度与湍流损失的相互关系。