HL-2A装置快离子D_(α)诊断和模拟分析

介绍了HL-2A装置上的快离子Dα(FIDA)诊断,并利用FIDASIM与TRANSP程序对快离子进行模拟分析,通过分析FIDA谱获得了快离子在相空间的分布。对模拟结果与实验结果进行对比,分析表明模拟得到的FIDA谱的演化趋势与实验吻合,验证了用TRANSP程序模拟的快离子分布的可靠性。

ICRF加热下EAST快离子损失速度空间分布初步研究

基于闪烁体的快离子损失探针(Fast-Ion Loss Detector,FILD)能够测量损失快离子的速度空间分布,是研究核聚变装置中快离子损失控制机理的关键诊断手段。在东方超环(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)上,通过FILDSIM程序在诊断图像与速度空间分布之间建立桥梁,将诊断探测到的信号转化为速度空间分布,获得了离子回旋共振加热(Ion Cyclotron Resonance Heating,ICRH)条件下的快离子损失速度空间分布,为进一步评估和控制离子回旋共振加热下的快离子损失奠定了基础。另外,通过损失快离子反向追踪,探究了探头本体遮挡对诊断探测范围的影响,为损失诊断系统进一步升级提供了依据。

EAST上中性束注入和离子回旋共振加热下快离子分布函数层析反演

聚变等离子体中快离子分布函数的速度空间层析反演(tomography)是研究磁约束核聚变装置中快离子分布和输运的重要手段.在东方超环(experimental advanced superconducting tokamak,EAST)中性束注入(neutral beam injection,NBI)与离子回旋共振加热(ion cyclotron range of frequencies heating,ICRF)协同加热实验中,快离子诊断测量信号以及TRANSP模拟获得的快离子分布函数中观测到协同效应产生的高于中性束注入能量的高能粒子.为了研究快离子分布行为,获得不同加热条件下诊断测量的快离子分布函数,采用不同的正则化方法,增加先验信息以及将快离子D_(α)光谱诊断(fast-ion D_(α)spectroscopy,FIDA)与中子发射谱仪(neutron emission spectrometers,NES)相结合等方式,有效提高快离子诊断信噪比以及在速度空间权重覆盖率,实现在单独NBI加热以及NBI和ICRF协同加热条件下基于诊断测量的层析反演,获得真实可靠的快离子分布函数.这为下一步提高NBI与ICRF协同加热效率,研究协同加热机制以及相关的快离子分布和输运行为奠定基础.

快电子对快离子损失诊断测量的影响

基于闪烁体原理的快离子损失探针(Fast Ion Loss Detector,FILD),可以同时测量损失快离子的能量和pitch-angle的值,是核聚变装置中对高能粒子诊断的重要方式。根据先进实验超导托卡马克(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)的发展需求,为了更好地对损失快离子行为进行研究,设计并安装了快离子损失诊断,且探测到在中性束加热条件下产生的损失快离子。同时,探测到在放电中产生的逃逸电子,以及低杂波注入时快电子产生X射线对快离子损失背景信号的影响。并且在H-mode放电时边界扰动也对快离子损失信号产生影响,这些探测到的现象都为不断升级损失诊断系统提供依据。

纳秒和飞秒激光烧蚀单晶硅的超快诊断

为了研究强激光烧蚀单晶硅的超快动力学过程,采用超快时间分辨光学诊断技术,对比研究了纳秒和飞秒脉冲激光烧蚀单晶硅样品表面的动态过程,获得了冲击波、等离子体和物质喷发的产生与演化过程的时间分辨图像。对于纳秒激光,当延迟时间为200ns^300ns时,观察到物质喷发现象出现,此时喷发物为气液混合物,当延迟时间为1060ns时,喷发物为小液滴;对于飞秒激光,当延迟时间为1ns^2ns时,观察到物质喷发现象出现,喷发物为等离子体。结果表明,在样品表面,纳秒激光与飞秒激光烧蚀单晶硅的动态过程有显著的不同,特别是物质喷发时间、喷发物的状态与尺寸;纳秒和飞秒激光辐照单晶硅表面引起的物质喷发都是不连续的,在激光烧蚀单晶硅引起表面物质喷发的过程中,不同的作用时间由不同的烧蚀机制主导。该结果对深入研究激光与单晶硅相互作用机制及激光刻蚀单晶硅等应用有一定帮助。

冲击波在空气和熔石英元件界面传播的超快诊断

基于球面波在弹性介质界面上的反射和折射特性的基本理论,采用超快时间分辨的光学诊断技术,研究了532nm纳秒激光辐照熔石英元件表面产生的冲击波在空气和样品界面的传播特性,获得了冲击波在材料内部传输以及在空气与样品界面反射的时间分辨图像。结果表明:激光脉冲与材料作用在前后表面产生了向体内传输的冲击波,且产生的冲击波在玻璃与空气界面处反射为两个波,即反射波和反射剪切波;反射波和反射剪切波的强度与入射冲击波的入射角有关。

利用超快电子探针诊断受激拉曼散射静电波的数值模拟

利用二维粒子模拟程序EPOCH验证了超快电子束探针诊断受激拉曼散射产生的静电波的可行性。结果表明,电子束探针穿过静电波电场后会在电子束探针的横向上产生密度调制,密度调制呈周期性分布且沿静电波的传播方向移动,密度调制的波数对应静电波的波数且移动速度对应静电波的相速度,因此特定条件下可用于反推电子的温度、密度等信息。在诊断静电波的过程中,电子束探针的束长必须小于静电波的波长或者诊断设备的曝光时间必须小于静电波的周期。本研究提供了一种新型的直接诊断静电波和电子温度、密度的方法,对于推动受激拉曼散射等激光等离子体不稳定性的实验研究具有重要意义。

Z箍缩动力学行为及其直接驱动型脉冲源研究进展

Z箍缩在惯性约束聚变、强脉冲辐射效应等前沿科技和国家安全领域发挥着重要作用。该文综述了Z箍缩等离子体动力学行为及其直接驱动型脉冲源关键技术方面的研究进展。首先,总结Z箍缩等离子体的实验诊断技术的发展,特别是激光汤姆逊散射流场诊断方法以及基于磁旋光效应的磁场诊断方法;其次,分析Z箍缩消融、内爆等过程中磁场演化图像及其作用机理的研究进展;再次,面向提升内爆品质的需求,总结预脉冲电流调控质量分布、外施轴向磁场调控等对丝阵Z箍缩内爆动力学行为的影响。同时,面向功率百太瓦级的大型Z箍缩装置建设,概述直接驱动型脉冲源新技术路线中的快直线型变压器支路技术、触发技术以及单路脉冲源的主要进展。最后,总结并提出下一步需要重点攻克的研究方向,主要包括长内爆时间下等离子体不稳定性抑制方法、大型直接驱动型脉冲源电磁能高效传输汇聚方法以及可靠运行技术等。

应用于激光等离子体实验的脉冲展宽分幅相机

研制基于脉冲展宽技术的行波选通X射线分幅相机,光电阴极加载偏置-3 kV的直流电压和斜率2.7 V/ps的斜坡电脉冲,微通道板微带上加载-483 V的直流偏置电压和半高宽度290 ps的选通电脉冲,电子图像成像比例为1∶1.利用激光器轰击金靶材产生短X射线均匀照明相机微带阴极,测得相机时间分辨率约为20 ps,在微带阴极长度小于20 mm范围内,相机增益均匀性优于20%;采用直流紫外光对相机的静态空间特性进行标定,在相机成像面直径小于56 mm范围内,空间分辨率测量值为10 lp/mm.

纳秒激光诱导熔石英玻璃损伤的超快诊断

采用超快时间分辨的光学诊断技术,研究了Nd:YAG脉冲激光分别烧蚀熔石英样品后表面和体内的动态过程,获得了冲击波和等离子体演化过程的时间分辨图像。结果表明,在样品后表面,激光与材料作用产生了多个在体内传输的冲击波,冲击波传播到样品前表面时会发生反射;在样品体内,激光与材料作用产生了等离子通道,在激光焦点处和自聚焦处产生了较强的微爆点。实验还发现,冲击波在界面的反射波和反射剪切波强度与冲击波入射角有关,不同冲击波的传播速度不同。

实时全息用于多幅分光延时干涉复杂光路的优势

为解决快脉冲等离子体光学诊断中所用的多幅分光延时干涉系统光路复杂、无法同时调出多幅背景条纹平行、平直的干涉图的困难,在原有设备的基础上,将实时全息方法应用于多组物参光的干涉显示,在实验现场恶劣的环境条件下成功地一次采得5幅条纹平直均匀的干涉图,取得了较好的结果,为场分布量的定量测量读数奠定了基础。结果表明,实时全息具有多方面的优越性,不失为其它光学、干涉方法难以奏效的复杂光学系统及多种极端物态显示研究中的有效手段。