用于托卡马克磁场测量的金属霍尔探测器的研制

金属霍尔探测器被认为是未来磁约束聚变堆磁场测量的重要工具之一。介绍了金属霍尔探测器系统的研制,包括测量原理、探测器制作工艺、电子学系统研制、标定系统建设及测试结果等。采用金属铋作为霍尔材料,有源区厚度为100nm,放大器的放大倍数为2000~200000倍。测试结果显示,当待测磁场在3mT以上时,系统的测量精度优于±1%,可以达到磁探针的标定精度,能够满足托卡马克装置的磁场测量要求。

HL-1M装置上MHD不稳定性磁扰动的探测和分析

给出了HL 1M装置上的Mirnov磁探针系统的布置及MHD不稳定性磁扰动模式的探测方法,探讨了实验中存在的MHD不稳定性现象。用空间傅立叶变换分析了HL 1M装置上的磁扰动模式,给出了在存在不同极向扰动模式放电条件下的各磁探针信号之间的相位比对关系结果,从而确认实验中所使用的方法的正确性和实用性。

HL-2A装置上一种测量等离子体位移的新方法

描述了用非对称结构的拾取线圈测量托卡马克装置等离子体位移和极向场不对称因子的方法,介绍了HL 2A装置拾取线圈的布置和位移测量的实验结果。并把用此方法测量的等离子体位移与用其他诊断方法测量的结果进行了比较。

HL-1装置边缘扰动谱的初步分析

一、引言目前许多实验都已证实托卡马克边缘扰动对等离子体的反常输运有重要的影响,由于扰动而产生的反常粒子输运流大约在玻(王母)扩散量级,而且,边缘扰动的大小、湍流频谱和波数谱的宽度对约束时间的影响很大。用探针对边缘等离子体进行湍流扰动分析已在许多托卡马克实验中进行过,用静电探针得到的电子密度扰动n和悬浮电位扰动,可以估计出扰动产生的粒子输运通量。本文主要给出了一套静电探针系统及其数据获取和频谱分析方法,

受控热核聚变研究进展

聚变能是最有潜力永久、稳定地提供未来清洁能源的方式之一,以受控聚变为目标的物理研究和技术研发工作在国际上已经开展了半个多世纪。本文描述了磁约束聚变在中国核工业领域的探索和研究历史过程;详细展现了以托卡马克装置为代表的重大研究进展,包括中国环流器一号/新一号(HL-1/1 M),中国环流器二号A(HL-2A)及其改进型HL-2 M装置等;最后,对国际热核实验堆(ITER)、中国聚变工程试验堆(CFETR)的设计和建造进行了概述。

HL-1M装置上MHD不稳定性磁扰动模的传播

对在HL 1M装置放电实验中发现的宏观MHD不稳定性磁扰动模的传播现象进行了研究。通过对实验中发现的各种极向模数m值的MHD磁扰动模特征的观察,以及在不同放电条件,特别是在偏压H模放电下传播方向不同的分析,深入研究了MHD模传播与等离子体旋转的定性关系。

HL-1装置电流上升段辐射与杂质特性

托卡马克等离子体中的杂质会影响托卡马克的放电品质及等离子体特性。许多理论和实验对杂质的产生和输运做了深入详细的研究。等离子体电流起始阶段,由于约束性能不好,会引起大量的杂质产生,辐射损失增大是杂质增加引起的直接后果。杂质辐射是等离子体辐射的主要组成部分之一,等离子体线辐射功率～Zeff6,复合辐射功率～Zeff4。

HL-1装置边缘扰动特性研究静电探针方法

本文针对HL-1托卡马克边缘等离子体扰动特性做了详细的研究。在低频范围内(2πω≤200kHz《ω_(ci)),装置边缘扰动为湍流扰动。孔栏附近悬浮电位扰动的相对量和密度扰动的相对量分别为40％和30％。频率较低时(2πω≤75kHz),扰动的相关性较强;频率较高时(2πω≥125kHz),相关性下降或呈现下降趋势。实验中还发现,在等离子体刮削层的扰动频谱宽度要大于等离子体柱边缘的谱宽度。最后，文中给出了粒子输流Γ随径向的分布，其值约在1.0×10^(16)cm(-8)、s^(-1)量级。由Γ值可心得到扩散系数经为D≈1.2×10~4cm^2·s^(-1),可以同玻姆扩散系数D_Bohm ≈1.0×10~4cm^2·s^(-1)进行量级上的比较。

中国环流器二号A装置(HL-2A)工程研制

中国环流器二号A装置(HL 2A)(设计指标:大半径1.65m、小半径0 4m、环向磁场2 8T、环向等离子体电流480kA)是我国已建成的第一个偏滤器托卡马克实验型磁约束聚变装置。HL 2A装置的首要研究目标是利用其独特的大体积极向偏滤器在高参数等离子体条件下开展与偏滤器位形运行有关的研究。本文总结了HL 2A装置工程设计、制造与安装、工程调试等研制的主要内容和关键技术。工程调试和初步物理实验的结果表明:HL 2A装置的主要工程参数和性能已具备开展物理实验的条件,并已成功地运行于偏滤器位形。2003年11月底,HL 2A装置获得等离子体电流168kA,等离子体存在时间920ms,等离子体线平均密度1.7×1019m-3,环向磁场1 4T,极限真空度为4.6×10-6Pa。

实验物理与工业控制系统平台在HL-2A主机测控系统中的应用

描述了利用实验物理与工业控制系统(EPICS)平台对HL-2A主机运行参数进行的集中测控系统开发。系统采用s7nodave设备驱动模块,实现了Soft IOC与各PLC的通讯,将各子系统的PLC集成到了EPICS控制系统中。通过对关系型数据库和应用层软件CSS中数据归档及报警等组件的扩展与配置,实现OPI层与各个子系统的实时通信。测控系统成功地将HL-2A主机参数集中在EPICS平台下运行,为下一代装置的主机集中测控系统设计打下了基础。

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-1装置的低q放电实验

装置获得的最低qL值是衡最托卡马克磁流体不稳定性的控制水平的重要品质参数.通过精细调节补充送气和电流上升率的方法控制电流密度分布,使用钛吸气方法控制边缘等离子体参数,HL-1装置获得了最低qL值为1.8的稳定等离子体。实验结果表明,若电流上升率与密度上升率之比为(23—40)×10^(-19)kA·m^3的范围内,最利于获得低MHD增长率的稳定放电。预计这与中心q(0)<1峰化的电流密度分布有关。

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。

ITER中子通量监测器的中子学计算

对ITER中子通量监测器(NFM)建立了简化模型并进行了计算分析。利用MCNP程序模拟计算了具有不同慢化剂材料/类型的NFM的探测效率能量响应和时间响应,通过对结果的分析确定了不同NFM上所使用的慢化剂种类及其用量,同时给出了对ITER NFM的初步物理认识。

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。

HL-1M装置改善能量约束实验中反磁测量结果

本文叙述了ＨＬ－１Ｍ装置上利用偏压电极、弹丸注入和分子束注入改善等离子体能量约束的放电实验。在相同放电条件下，把上述放电的能量约束特性与简单欧姆放电的相比较，发现此类放电能量约束时间明显增加，等离子体电流分布剖面发生明显变化，并给出了Ｌ模能量约束时间与密度的定标关系。

HL-1M装置欧姆等离子体实验的初步分析

从１９９４年１０月２４日开始，对ＨＬ－１Ｍ装置进行欧姆加热等离子体的调试实验，获得了Ｉｐ＝３１０ｋＡ，ｑａ＜２．５，ｎｅ＝３×１０１３ｃｍ－３，Ｔｅ（０）＞１ｋｅＶ，Ｔｉ（０）＞０．５ｋｅＶ和τＥ≈１０ｍｓ的平衡稳定等离子体。本文简述了ＨＬ－１Ｍ装置及其诊断、数据采集与处理系统，并对有关气体再循环。

HL-2A装置等离子体水平位移控制

介绍了HL 2A装置等离子体水平位移反馈控制系统的硬件组成、控制流程和控制算法,反馈控制的调试过程。在相同参数放电条件下比较了等离子体位移的受控情况。等离子体位移的控制结果较为满意。

HL-2M装置环向场线圈导体材料的选择和制造

为利于HL-2M真空室(VV)及极向场线圈(PFC)的整体安装,环向场线圈(TFC)采用比特板式结构,这种结构需要用到高强度高导电性能的大尺寸异形铜合金厚板以便满足线圈复杂受力的要求。通过应力分析,确定了在TFC上使用的3种铜合金。介绍了大尺寸异形铜合金板材的制造工艺和铜板多项性能的测试结果,结果表明异形铜合金板材的尺寸及各项性能均满足了HL-2M装置环向场线圈的工程设计及加工要求。

产氚包层中聚变中子诊断系统的概念设计和计算

根据第一壁后聚变中子通量和能谱的空间分布和 ITER 可能输出的聚变功率、聚变中子产额、第一壁(产氚包层)之后的中子通量的蒙塔-卡罗中子输运(MCNP)计算,对氦冷却固体增殖剂中子学和产氚包层模块(NT-TBM-HCSB)的聚变中子诊断提出概念性设计,本设计提出用固定位置微型裂变室探测器和可移动封装薄箔活化分析系统测量中子倍增器之后、固体氚增殖剂中及其后的中子通量;用可移动天然金刚石探测器的紧凑型能谱仪测量中子能谱。