HL-2M托卡马克装置中螺旋波与低杂波的协同电流驱动

螺旋波是一种快磁声波,在托卡马克等离子体中通过电子朗道阻尼和渡越期磁泵效应能够高效地离轴驱动等离子体电流.依托HL-2M装置,根据快波等离子体色散关系,分析获得了螺旋波强阻尼条件下对应的波参数范围;然后,通过联合GENRAY/CQL3D计算程序,针对HL-2M装置稳态运行模式下的螺旋波和低杂波协同电流驱动开展了模拟研究.研究结果表明:高比压等离子体参数下的螺旋波和低杂波都可呈现波射线能量强吸收的现象;双波协同使得波驱动的等离子体电流分布在较大的径向位置范围(ρ=0.2—0.9)内;同时,螺旋波在平行磁场方向加速电子,导致了更多的电子进入低杂波共振区,从而有效地增大了两支波的总驱动电流.此外,在强阻尼条件下,系统地研究了螺旋波平行折射率对双波协同电流驱动的影响,结果表明双波总是呈现正协同效应,协同因子高达1.18.

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。

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。

托卡马克中高谐快波和低杂波协同电流驱动模拟研究

基于全超导托卡马克EAST上的低βe运行参数,采用射线追踪和Fokker-Planck方程程序模拟研究由高场侧发射的高谐快波(HHFW)和低杂波(LHW)联合电流驱动。研究结果表明,满足一定的条件,高场侧发射的HHFW和LHW存在较大的协同效应,且从靠近芯部到离轴较宽的区域内均有正协同效应,能有效提升电流驱动效率,改善电流分布,通过分析其物理机制发现协同效应发生与两支波共振区的速度空间位置关系密切相关,并进一步分析研究了平行折射率、波频率、波功率等参数对两波联合电流驱动协同效应的影响。

低杂波电流驱动阴极高压电源系统的优化与实现

4.6 GHz低杂波电流驱动(LHCD)是EAST托卡马克装置辅助加热系统的重要组成部分。其阴极高压直流电源基于脉冲阶梯调制(PSM)技术,采用64个直流模块串联输出50 kV直流电压。单模块的调制频率设计为50 Hz,故而系统调节速度有限,面对实际运行中网侧电压波动引起的干扰时,电源无法做出更快速的响应与反馈调节,从而导致输出电压产生大幅波动,影响输出性能。为提高电源调节速度和抗干扰能力,设计了具有1 kHz调制能力的高频整流模块以替代部分原低频模块,利用高频模块的快速调节能力抑制输出电压的波动。实验结果表明,升级后的电源输出电压波动减小了50%,更好地满足速调管对于电压精度和稳定度的控制要求,保障了系统运行的可靠性。

HL-2M装置低杂波钛泵电流监测器的研制

选用Arduino nano开源硬件平台、OLED图形显示器和SD卡等器件,研制了钛泵电流监测器,实现了在非实验期间钛泵电流长期低速采集、存储和趋势图显示功能。同时启用内部中断和外部中断,提升采样频率到1k Hz,拓展了监测器的应用范围。测试结果表明,监测器趋势图与测试信号一致,最大采集误差为0.25μA。

EAST托卡马克低杂波电流驱动的放电模拟研究

低杂波电流驱动是实现托卡马克稳态运行的主要手段。文章对EAST全超导托卡马克低杂波电流驱动进行了放电模拟研究,着重分析了低杂波驱动电流、波功率沉积、放电过程的伏秒消耗、等离子体电流、位置及等离子体电流剖面和位形演化,模拟结果对今后EAST开展长脉冲稳态放电有参考意义。

低杂波电流驱动与径向电场相关性的数值模拟

从流体运动方程出发,根据电子的径向力平衡方程,通过数值模拟程序计算了LHCD对径向电场的影响。给出了数值模拟计算的结果和分析,着重讨论在不同电子温度和不同相位角情况下,径向电场分布的变化趋势及其原因。

低杂波电流驱动下快电子慢化时间的实验研究

利用快电子轫致辐射测量系统并采用低杂波功率关断的方法,分析了相同等离子体密度下低杂波功率对快电子慢化时间的作用以及相同低杂波功率下等离子体密度对快电子慢化过程的影响.实验结果表明:快电子的慢化时间与等离子体参数间有强依赖关系.一定等离子体密度下低杂波功率值越高,快电子慢化时间越长.一定低杂波功率下等离子体密度越高,快电子慢化时间越短.快电子慢化时间理论分析与实验结果吻合.

低杂波电流驱动用TH2103系列速调管的调试研究

速调管是低杂波电流驱动系统的关键部件,掌握速调管的供电和调试技术具有重要意义。本文介绍了TH2103A的供电方式,并对该供电方式下速调管稳定工作点的调试方法进行了总结,得到了电阻分压比、磁体电流和高压上升时间与阳极电流之间的关系,给出了通过调节分压电阻、磁体电流和高压上升时间来解决阳极过流的方案,并对调试思路进行了简要分析,得到了分压电阻粗调阳极电流、磁体电流细调阳极电流、高压上升时间微调阳极电流的结论,为TH2103系列速调管的应用提供了重要的实验依据。

EAST天线相位差对低杂波功率沉积和驱动电流的影响

利用MEC和LSC耦合的程序研究了EAST天线不同的相位差△φ对功率谱的影响及对功率沉积位置和电流分布的影响。通过计算发现,随着△φ的增大,功率谱的结构发生了改变,当△φ>200°后功率沉积和电流密度分布由原先的向外层移动变为向内层移动;△φ=200°时形成一个离轴最远的驱动电流,△φ=120°、△φ=260°时分别得到电流强度最小和最大的驱动电流。因此可以通过选取合适的天线相位差△φ,实现对低杂波功率沉积和驱动电流剖面的控制。

托卡马克中电子回旋波与低杂波协同电流驱动的负效应机制

揭示了电子回旋波与低杂波协同驱动的净增协同电流与波注入功率之间所呈现的非线性关系。结果发现,当低杂波功率较低时,净增电流将随回旋波功率增大而减小甚至于变成负值,本文将此现象定义为双波驱动的负效应,并首次对其进行了相关的物理研究。研究表明,回旋波引起低杂波功率沉积剖面峰化和捕获电子效应是导致负效应的两个主要原因。目前的研究有助于深入理解双波驱动物理以及设计相关实验,并为相关的实验设计提供依据。

刮削层内低杂波波散射全波解数值模拟研究

低杂波电流驱动(Lower Hybrid Current Drive,LHCD)是托卡马克的主要辅助加热与电流驱动方式之一,研究表明,低杂波在刮削层内的边界寄生效应会显著降低低杂波电流驱动效率。其中,边界密度涨落引起的波散射会导致刮削层内的低杂波波谱变化,从而改变低杂波功率沉积位置和电流驱动效率。本文使用全波解方法研究全超导托卡马克(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)装置上刮削层内密度涨落导致的低杂波波散射,重点分析不同特征的低频电子密度涨落对波散射的影响。模拟结果表明:密度波包(blob)引起的散射导致低杂波功率流的空间结构的改变,blob造成的背向散射比前向散射更明显;blob内的密度涨落大小主要影响波场扰动幅度,blob的半径主要影响波散射的空间范围,多个blob造成的全场扰动显著增加。

低杂波电流驱动中的雪崩逃逸增强及鱼骨不稳定性

等离子体中存在的一定数量的高能逃逸电子 (E≥ 1MeV)通过大角度库仑散射从等离子体中碰撞出二次电子 ,二次电子被低杂波有效地加速成为逃逸电子 ,这些逃逸电子又被正反馈回等离子体 ,形成雪崩现象。在此过程中 ,一部分获得较大横向动量的二次电子或由低杂波驱动的高能电子可能被香蕉轨道捕获 ,这些被捕获在磁岛中的电子与某种模式的磁场扰动共振时 。

低杂波电流驱动等离子体中热电导的分析(英文)

研究了在HT-7托卡马克低杂波电流驱动实验中,等离子体环电压不为零时热电导与剩余环向电场之间的相互作用.实验发现在部分非感应电流驱动实验中,热电导增强了电流驱动.给出了低杂波电流驱动实验中等离子体的热电导.

托卡马克低杂波电流驱动的反馈控制研究

低杂波电流驱动的反馈控制系统已经建成，并在ＨＴ－６Ｂ托卡马克的纯低杂波电流驱动实验中得到应用。通过实时调节微波注入功率，由微波驱动并维持的等离子体电流变比率被成功地控制住。实验中，在等离子体密度、纵场及水平位移均存在波动的情况下，得到了２０ｈＡ的电流平台，其维持时间为加波的２０ｍｓ脉宽。

关于HL－1托卡马克的低杂波电流驱动效率

在一些ＨＬ－１托卡马克的低杂波电流驱动（ＬＨＣＤ）实验中，驱动效率对低杂波注入功率和等离子体电子密度等参数的依赖关系很分散。分析表明，其可能原因是驱动电流的计算不够精确，携带电流的快电子的相当部分逃离等离子体后损失到孔栏或真空室壁上以及放电的重复性差等。

托卡马克中低杂波电流驱动下高能电子行为分析

在低杂波电流驱动下,快电子和逃逸电子构成了非麦克斯韦电子分布的高能尾部.高能快电子由于低的碰撞频率可以有效的携带电流来实现非感应电流驱动.但是在一定条件下,快电子可以转化为高能逃逸电子,这将对装置第一壁材料造成损伤.利用快电子轫致辐射测量以及逃逸电子诊断系统研究了低杂波电流驱动下快电子分布和逃逸电子的产生,并分析了快电子转化为逃逸电子的现象.

低杂波电流驱动下加热的数值模拟

应用作者最新改进的求解FOKKER-PLANK方程的程序,首次得到了低杂波电流驱动下的加热功率密度和加热功率.这些数值模拟结果不仅很好地解决了低杂波电流驱动中的功率平衡问题,而且也能为以后的托卡马克低杂波电流驱动实验提供一定的指导作用.

EAST装置低杂波电流驱动效率分析

在EAST上通过分析剩余环电压与低杂波功率之间的关系,计算得到了低杂波电流驱动效率。采用归一化功率,即功率对等离子体电流、电子密度、等离子体大半径以及有效电荷数归一化,将所有数据绘制在同一曲线中,这样可以得到不同等离子体参数下的低杂波电流驱动效率。实验得到低杂波电流驱动效率η0=(0.5～1.3)×1019A.m-2.W-1,在等离子体电流Ip=277kA、低杂波功率PLH=681kW条件下,实验得到长达3s的低杂波全波驱动。