HL-3装置上离子回旋波加热对中子产额的影响

离子回旋射频(Ion Cyclotron Range of Frequencies,ICRF)波加热是托卡马克装置上至关重要的辅助加热方式之一。托卡马克装置中国环流三号(HL-3,原名HL-2M)拟安装加热功率为6 MW的ICRF加热系统。本工作利用TRANSP程序,模拟并研究了ICRF加热的频率和功率对聚变中子产额以及快离子分布的影响。研究结果表明:ICRF的频率和功率对中子产额有显著影响,固定ICRF频率时,中子产额与加热功率成正比关系,而在固定ICRF加热功率的情况下,中子产额的增加幅度显著依赖ICRF的频率,在研究参数范围内,30 MHz的ICRF对中子产额的增加具有最显著的增强作用。快离子分布的模拟结果显示,在考虑ICRF加热后,中性束和ICRF的协同加热机制能够将快离子加热至最高1 MeV,有效地提高了中子产额。此外,基于中子相机诊断的概念对中子信号进行了仿真。结果表明,中子相机能够有效地测量到由ICRF加热导致的中子产额高低和分布剖面的变化,这为将来优化中子相机诊断系统设计和测量中子空间分布提供了一定的参考。

漂移动理学效应对HL-2A托卡马克共振磁扰动等离子体响应的影响

边缘局域模(Edge Localized Modes,ELMs)的控制是国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)及未来磁约束聚变堆安全运行必须解决的一个关键主题。近年来,大量的理论模拟和实验研究证明,共振磁扰动(Resonant Magnetic Perturbation,RMP)是一种非常有效控制边缘局域模的技术。为了更好地理解HL-2A托卡马克中ELMs的控制,本文基于HL-2A托卡马克实验上等离子体和RMP线圈的位形,使用MARS-F/K程序,计算了高约束模式下等离子体对RMP的漂移动理学响应,并与流体模型的结果进行对比;进一步对等离子体平衡压强、环向流以及热粒子碰撞效应等关键参数进行了敏感性研究。结果表明,随着归一化比压βN的增加,流体响应模型预测的等离子体响应幅度最初相对较弱,随后在接近无壁比压极限时发生强烈变化,但这一非物理因素“跳变”在动理学响应模型中得到了修正。此外,在考虑粒子碰撞效应的动理学响应中,捕获热离子的非绝热共振贡献显著;而忽略粒子碰撞效应,捕获热电子的进动漂移共振贡献则更加显著。由此可见在高比压等离子体响应中考虑动理学效应的重要性,尤其是在考虑粒子碰撞效应时,需要考虑捕获粒子的非绝热共振贡献。

ECRH负高压电源的反馈控制

介绍一种利用大功率四极调整管的调整特性进行串联反馈调节 ,在反馈环节中采用新型带预置值的积分器的高精度的负高压电源。解决了ECRH系统所要求的电压 - 80kV、脉宽10～ 10 0ms、电压稳定度为 99 7%的负高压电源的关键技术问题 ,并通过PSPICE软件仿真 。

HT-7U装置纵场线圈的稳态及瞬态传热分析

文章分析了 TH- 7U托卡马克核聚变装置在正常和非正常运行情况下产生的各种热负荷在纵场磁体上的热行为 ,给出了纵场线圈盒最严重部位上的温度分布云图 ,计算过程考虑了核热沉积、各种热传导、热辐射、涡流损耗热和迫流式超临界氦进行对流换热等过程。针对等离子体快速破裂时 ,在极短的时间内 ,其纵场磁体中产生的较大涡流损耗而引起的焦耳热对纵场线圈盒与超导磁体之间的热传递过程加以研究。该文采用国际上较为流行的有限元分析软件 COSMOS/ M进行计算 ,由于简化了纵场线圈有限元分析模型及真实情况下部分热流量的不确定性 ,所得结果较为乐观 ,但这些结果对 HT- 7U装置的工程设计仍具有重要意义。

HL-2A装置ECRH波迹和功率沉积计算

采用TORAY代码对HL-2A装置ECRH系统在单零点偏滤器位形下的波与等离子体相互作用的情况进行了模拟计算,研究了等离子体和波参数对ECRH波迹和功率沉积以及电流驱动的影响。根据数值计算结果,HL-2A装置ECRH系统在等离子体线平均密度为3.0×1013cm-3、中心电子温度为1.19keV的情况下,以O模作为入射波垂直入射时的单次吸收系数为99.3%,最大电流驱动效率为0.005×1020A.W-1.m-2。

EAST中性束注入器研制进展

EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)作为世界上第一个全超导非圆截面托克马克,其目标是研究1 000 s的长脉冲稳态运行的前沿性物理问题,要达成这一目标,必须有高功率电流驱动和辅助加热系统以实现EAST装置的高参数稳态运行。中性束注入(Neutral Beam Injection,NBI)加热是等离子体辅助加热和维持最有效的手段之一,为此一套注入功率4–8 MW、脉冲宽度10–100 s的中性束注入系统于2010年开工建设,并于2014年实现了对等离子体的加热和驱动。本文主要展示了EAST中性束注入器的最新进展,从长脉冲束引出和高功率束引出两个方面介绍了EAST中性束注入器综合测试台的最新实验结果,结果表明在束功率和脉冲宽度方面已经达到或超过设计指标。

EAST离子回旋波加热1.5MW射频放大器的研究

介绍了EAST上ICRF辅助加热系统1.5MW射频信号源中工作频率为25～70MHz的末级功率放大器的研制工作,从最优工作参数、输入回路和输出回路三个主要方面详细分析了该级大功率宽频带射频放大器。经比较,分析结果和测试数据显示了很好的一致性,这为实现ICRF加热系统的可靠运行奠定了基础。

EAST离子回旋波加热快速阻抗匹配系统的研究

离子回旋波加热是EAST装置最重要的辅助加热方法,在实验中获得了明显的加热效果。射频功率源与天线负载之间阻抗匹配才能保证最大的加热功率输出。在射频加热实验中,等离子体参数的改变将会引起天线负载阻抗的快速变化,为应对这一情况研制出了快速阻抗匹配系统。本文采用解析法和计算机仿真相结合的分析方式,研制了该阻抗匹配系统的铁氧体匹配支节,并对其性能进行了测试。测试结果表明,快速阻抗匹配系统的时间响应速度明显优于传统匹配方式的,可作为实时匹配的候选者。

EAST 2MW/2450MHz低杂波电流驱动系统综述

为了研究全超导托卡马克稳态高参数等离子体性能，2008年在EAST装置上研制并成功建成了一套最大能传输2兆瓦，工作频率是2450MHz的低混杂波电流驱动系统。该系统主要由20个速调管放大器、4套高压源、20路每路30-40米长的WR430标准矩形波导传输线和多结波导天线阵列组成。辐射波谱的控制是通过子波导内的固定移相器和微波前级的数字可调移相器两种移相手段来实现。在低杂波系统的辅助下成功实现了：驱动中心密度为1～2×10^13cm^-3下150-500kA的等离子体，全波驱动250kA电流达23s和低杂波辅助启动实验，所有的这些实验都证明了整个低杂波系统的稳定和可靠性。详细描述了整个系统的构成和初步的实验结果。

欧姆驱动托卡马克平衡位形的确定

欧姆驱动条件下,托卡马克等离子体中的电流由欧姆驱动电流和等离子体内部的自恰电流构成。在简单的Spitzer电阻率模型下,欧姆驱动的环向电流密度剖面,主要由每一时刻的电子温度剖面和有效电荷数Zeff的剖面决定。讨论并给出了确定了平衡位形的基本方程,在大环径比近似下,给出了存在锯齿振荡条件下的环向电流剖面和小的非圆变形的平衡解。

EAST4．6GHz／4MW低杂波电流驱动系统隔直器优化设计

为了研究全超导托卡马克稳态高参数等离子体性能，2008年在EAST托卡马克装置上研制并成功建成了一套能最大传输2兆瓦，工作频率是2450MHz的低混杂波电流驱动系统，要实现低杂波长时间地维持等离子体电流，还需要对低杂波系统的输出功率大小及运行时间长度提出更高要求，拟研制一套波源输出功率4MW，中心频率4．6GHz，波谱范围为1.7〈N〈2．5，运行脉冲宽度0～1000秒低杂波电流驱动系统。在EAST4．6GHz／4MW低杂波电流驱动系统中，因为速调管放大器和低杂波天线有共同的接地点，速调管放大器电源为负高压，有接地点，低杂波天线有接地点，并且和EAST托卡马克相连，在系统中要求不能有两个接地点，所以要通过隔直器来隔断托卡马克和速调管之间的的直流通路。论文详细介绍了隔直器的原理和设计过程，在以4．6GHz为中心频率，150MHz的频带范围内，隔直器各个端口微波性能良好。

电子束入射改善托卡马克等离子体约束

分析了电子束入射托卡马克等离子体表面后所发生的一系列物理过程，特别是电子束注入等离子体后在边界层形成平行电流和径向负电场，使等离子体由低约束模式向高约束模式，即Ｌ－Ｈ模式转换中的作用。论证了当注入电子束的密度超过一定的阀值时，Ｌ－Ｈ模转换被触发。

消融控制电弧等离子体发生器中毛细管消融模型研究

对毛细管材料进行了热分解实验(TGA),得出了聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯和环氧树脂的实验数据,由化学分解动力学参数建立了毛细管消融模型,并与物理的能量平衡处理结果进行了比较,最终在等离子体发生器中得到了应用。

HPI弹丸注入器

叙述了HPI弹丸注入器的结构特点、工作原理及液氮冷凝条件下甲烷弹丸的制造及发射实验。结果表明，该注入器产生的弹丸具有较好的重复性和完整性，并且在整个弹丸制造、加速及传输过程中质量损失极少。目前已得到速度约450m／s，散角小于0．3°的φ1mm×1mm圆柱体甲烷弹丸。

环径比接近2的托卡马克堆芯等离子体特征

初步研究了环径比接近2的托卡马克堆芯等离子体的基本特征。这类位形具有非常好的使磁流体稳定的特性,可以基本排除等离子体破裂不稳定性。从H模约束要求和氘氚燃烧实验出发,讨论了相关的基本问题:比压极限和密度极限、基本等离子体参数间的调整、氘氚自持燃烧条件等。参数选取的基本依据是ITER和ITER FEAT的设计经验。

托卡马克理想磁流体不稳定性的统一描述(Ⅱ)

采用磁力线为直线的坐标系 ,进一步将托卡马克理想磁流体剪切阿尔芬运动方程展开 ,获得了描述低模数环形阿尔芬本征模 (TAE和EAE)

HL-1M装置等离子体约束时间

强调了托卡马克等离子体约束时间是等离子体粒子损失或热能损失的特征时间 ,评述了有关物理概念和实验现象分析方面的问题 ,并应用于HL

托卡马克内扭曲模色散关系中的磁剪切量

在托卡马克内扭曲模色散关系的几种表示式中，关于磁剪切量ｓ的作用存在混乱和错误。本文通过检验指出了正确的色散关系式。

HL-1M装置ICRF加热实验中RF波对MHD的影响

研究了HL 1M装置离子回旋共振频率加热实验中RF波对MHD的影响。软X射线观测结果表明 ,注入RF波会诱发锯齿。在有些放电中 ,也观察到RF波有抑制锯齿振荡和蛇形扰动的现象。RF波注入期间 ,观察到边缘等离子体密度和Dα 辐射下降 ,中心密度增加。马赫探针数据的分析和计算表明 。

钴、镍、铜类氟离子的软X射线光谱

用T1ap平晶摄谱仪记录了8—15波段范围内钴、镍、铜的激光等离子体软X射线发射光谱。用HXR自洽场方法和最小二乘法拟合方法相结合,分析了其中的类氟离子光谱,辩认和归类了约70条分别属于2p^4-2p^43s,3d,4s,4d跃迁的新谱线,同时修正了文献7、归类中的一些差错,并确定了相应激发组态的能级和能级的百分组成。