基于Python的托卡马克等离子体位形编辑器设计与实现

等离子体位形控制是等离子体实验控制的重要组成部分,设计满足放电要求的等离子体平衡位形是等离子体控制系统的重要功能之一。根据位形计算原理、中国聚变工程实验堆等离子体控制系统用户界面集成原理及用户界面需求,采用开源的Python语言及PyQt库,设计开发位形编辑器,用于等离子体期望位形设计和优化;并提供期望位形输入数据,供其集成使用。对主要模块进行复用,开发可独立运行的位形编辑器,能够灵活适用于不同的托卡马克装置。测试结果显示,该编辑器能满足单机运行的需求,同时消除了必须登录等离子体控制系统才可进行位形设计工作的弊端。

不同区间下电流猝灭特性在等离子体破裂期间的对比研究

托卡马克装置上电磁负载大小值与破裂期间电流猝灭特征有密切的关系.电流猝灭特征包括电流猝灭波形以及电流猝灭率等,它将在一定程度上决定装置的寿命.本文选取100%-40%,90%-10%,80%-20%三个区间分析了HL-2A装置上等离子体破裂现象,得到三个不同区间下电流猝灭参数范围.对比分析结果表明:在相同定义下,利用100%-40%和80%-20%区间得到的平均电流猝灭时间以及电流猝灭率分布差异最小.除了80%-20%区间外,100%-40%区间也可作为提供最大线性平均等离子体电流猝灭速率近似的适合区间.

基于微秒脉冲激励的飞翼模型等离子体流动控制试验研究

为了改善飞翼布局的大迎角气动特性,采用飞翼全模和半模分别在低速和跨声速风洞中开展了微秒脉冲介质阻挡放电等离子体流动控制的试验研究。通过流动显示和测力的试验方法研究了等离子体流动控制的主要作用机制和激励频率与激励电压等对飞翼模型失速特性的影响规律,验证了微秒脉冲介质阻挡放电等离子体流动控制技术从低速到亚声速的有效性,有效的试验最高马赫数Ma达到0.6、雷诺数Re达到3.05×10^(6)。试验研究表明:微秒脉冲介质阻挡放电等离子体通过非定常微尺度压缩波扰动的形式作用于翼面流场,通过频率耦合机制减弱模型的前缘分离涡、抑制翼面的流动分离;无量纲频率F^(+)是影响等离子体流动控制效果的重要参数;在低速风洞试验风速V=30 m/s时,无量纲频率F^(+)=0.35~1.06的控制效果较好,可将模型的最大升力系数提高25%以上、失速迎角推迟4°;在跨声速风洞试验马赫数Ma=0.6时,无量纲频率F^(+)=0.22和F^(+)=0.44的控制效果较好,可将模型的最大升力系数分别提高4.72%、4.77%,失速迎角分别推迟2°、1°;激励电压越高激励强度越大、等离子体流动控制效果越好。

基于Python 的等离子体平衡重建程序设计及实现

基于Python环境,设计和编写了等离子体平衡重建算法(Py-EFIT)。利用NumPy和SciPy库求解平衡重建算法中矩阵的运算问题,运用Matplotlib库实现重建算法计算结果的可视化,基于交互式可视化设计包QT Designer,使用PyQt库设计并实现该程序的用户界面。Py-EFIT的测试结果显示等离子体平衡重建过程操作更加简单、直观,为托卡马克实验数据分析提供了一种有效的工具。

磁约束燃烧等离子体物理的现状与展望

本文从设计和运行托卡马克聚变堆需求的角度,简要概述了托卡马克高约束运行方案和高能量粒子约束涉及的关键物理的发展现状和挑战.过去几十年中,托卡马克高约束模式物理研究取得了重要进展,明确了聚变堆运行区的主要稳定性和约束的限制条件及其性能优化的主要调控手段,发展了感应、混合和稳态等若干可能适用于未来托卡马克聚变堆的运行方案.在反应堆阿尔法粒子加热主导的条件下,潜在主导阿尔法粒子输运损失的阿尔芬不稳定性的线性谱特征和激发机制得到了充分的理解;在阿尔芬不稳定性的非线性饱和、阿尔法粒子约束,及通过加热沉积和微观湍流对等离子体约束的影响等方面开展了大量的实验和理论探索.当前,磁约束聚变物理已进入临近点火燃烧等离子体研究的新阶段,面临着全新的挑战,如:聚变堆条件下如何实现高能量阿尔法粒子对等离子体有效自加热;在阿尔法粒子自加热为主条件下,如何通过调控等离子体关键参数分布维持等离子体稳定性和高约束性能,实现聚变堆高效安全运行;能否建立全尺度模型,实现聚变堆复杂等离子体的长时间动力学过程的准确预测等.这些关键问题的解决,可为未来聚变堆的设计和运行奠定坚实的物理基础,同时推动等离子体学科的发展.

俄托卡马克装置T-15MD首次实现稳定等离子体

【英国《国际核工程》网站2023年4月18日报道】俄罗斯库尔恰托夫研究院(Kurchatov Institute)近日表示,T-15MD托卡马克装置首次实现稳定等离子体。该装置2021年5月物理启动,现正在稳定运行。T-15MD位于托卡马克装置T-15的旧址。T-15在苏联时期建设,是全球首座使用超导磁体控制等离子体的原型聚变堆,1988年首次实现热核等离子体,2016年8月完成拆解。

韩聚变装置刷新1亿℃等离子体持续时间纪录

【美国有线电视新闻网站2024年4月1日报道】韩国聚变能源研究所(KFE)近日宣布,超导托卡马克聚变研究装置KSTAR在2023年12月—2024年2月实验中,成功将1亿℃高温等离子体维持了48秒,刷新了其在2021年创下的30秒纪录。KSTAR于1995年启动建设,2008年建成投运,大半径1.8米,小半径0.5米,投运当年即成功将1亿℃等离子体维持1.5秒,随后经过多轮升级,2019年将持续时间提升至8秒。

美研究发现改善聚变等离子体控制新方法

【美国核学会网站2024年5月9日报道】美国普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)最新的模拟研究发现,综合使用共振磁扰动(RMP)和电子回旋波电流驱动(ECCD)两种已知方法,能够对聚变等离子体实施更好的控制。相关研究成果已在科技期刊《核聚变》发表。在托卡马克磁约束聚变实验中,强约束等离子体边界区域会周期性地爆发一种称为边界局域模(ELM)的不稳定性。

磁约束核聚变托卡马克等离子体与壁相互作用研究进展

核聚变能是潜在的清洁安全能源,其最终的实现对中国能源问题的解决尤其重要。磁约束托卡马克是目前最有可能实现受控热核聚变的方法。磁约束聚变能的实现面临两大瓶颈问题:高参数稳态等离子体物理问题和托卡马克装置及未来反应堆关键材料问题。其中关键材料问题的解决在很大程度上取决于我们对等离子体与壁材料相互作用(Plasma-Wall Interactions,PWI)过程和机理的深入理解。PWI现象主要发生在托卡马克磁场最外封闭磁面以外的边界等离子体(又称为刮削层,Scrapped-Off Layer,SOL)和直接接触SOL的面对等离子体材料(Plasma-Facing Materials,PFM)区域内。因此,PWI问题直接决定了聚变的装置运行安全性、壁材料部件研发进程和未来壁的使用寿命。弄清PWI的各种物理过程和机理并施以有效的控制,是未来核聚变能实现的重要环节之一。对PWI国内外研究现状进行了详细的总结评述,并阐述了PWI的未来发展趋势和亟待解决的问题。

HT-7托卡马克中破裂等离子体放电对器壁放气的影响

未来托卡马克聚变反应堆中,等离子体破裂放电会使器壁释放大量的吸附气体,对燃料恢复、抽气系统设计、等离子密度控制等存在重要影响,在HT-7装置上破裂等离子体放电占总放电次数的10%左右,因此研究破裂放电对器壁出气的影响具有非常重要的意义。HT-7上初步的研究结果表明破裂放电时各气体成分分压峰值均高于正常放电,破裂后等离子密度出现上涨,在高密度破裂放电后密度涨幅主要在10%到70%之间,而在低密度情况下涨幅可以达到500%。并且破裂放电后,器壁气体的分压下降速率明显加快,表明破裂放电对器壁有很好的清洗效果,反过来干净的器壁对所释放出来的气体有很强的吸附能力。破裂放电对器壁出气的影响还同器壁的状态有关,硼化后破裂放电H的释放增加,而D的释放降低。在HT-7装置中,破裂放电后壁平均释放的粒子数约为5×1019个。高充气量下正常放电时壁的燃料滞留有饱和趋势,而破裂放电时未出现饱和趋势。

托卡马克工程试验混合堆等离子体性能的等值线图分析

本文简要叙述托卡马克工程试验混合堆等离子体概念设计的物理基础,对等离子体性能进行了等值线图(Plasma Operation Contour)分析。根据工程试验混合堆的要求,得出一组等离子体参数。

托卡马克等离子体中的电子回旋波电流驱动

通过将波迹方程与相对论情况下的完全Fokker Planck方程联合进行求解,研究了寻常波基频电子回旋波从托卡马克等离子体中平面弱场侧发射时的电流驱动。数值结果表明:随着等离子体电子密度、温度的提高,功率沉积和电流分布的位置将向等离子体的边缘方向偏移,并且产生的总的驱动电流随之减小;入射波极向发射角和环向发射角度的改变对功率沉积、电流分布及其大小产生明显的影响。

托卡马克等离子体被动光谱诊断的绝对标定

综述了托卡马克装置几套常规被动光谱诊断的绝对标定方法以及利用基于碰撞辐射模型的原子数据库诊断出粒子密度以及通量等物理量的方法.其中诊断系统包括可见波段具有高时空分辨的光电二极管阵列、具有高时间分辨的光电倍增管,具有二维空间分辨的高速相机,具有时空分辨和高谱分辨的光谱仪;极紫外波段具有时空分辨的光谱仪等.

HT-7超导托卡马克调制电流改善等离子体约束

在HT 7超导托卡马克上进行了电流调制改善等离子体约束物理实验,获得了初步的实验结果。对电流调制时的径向电场进行了数值计算和讨论。当等离子体环向电流以适当的频率和幅值周期性调制时,低模数的磁流体不稳定性得到明显的抑制,等离子体中心电子温度增加了33%,等离子体电子密度分布明显陡化,能量约束时间增加了27%～45%。杂质辐射周期性减少,粒子约束时间增加了2倍。在等离子体边界产生更强的径向负电场。

EAST超导托卡马克等离子体位形平衡和反演算法

等离子体位形平衡和反演算法是EAST超导托卡马克控制系统的基础和重要组成部分。文中介绍了应用于托卡马克装置上的EFIT算法的物理含义;提出了EAST版EFIT算法开发移植的总体计划和主要流程结构,简要介绍了格林函数、平衡和反演核心子函数的构成;介绍了移植开发遇到的3类主要问题和解决方案。分析比较了算法产生的格林函数和等离子体特征参数的数据。

HL-1M托卡马克脉冲超声分子束注入等离子体及杂质特性研究

文内叙述了在ＨＬ１Ｍ托卡马克脉冲分子束注入实验中观测到的等离子体和杂质行为。分子束注入减小了杂质辐射，有效地提高了电子密度。

HT-7 超导托卡马克铜壳在等离子体放电中的作用分析

在对铜壳在等离子体发生位移扰动时平衡机理和对外垂直磁场的屏蔽作用分析中，对于每个铜壳采用水平和垂直方向两对正反串的线圈等效，用集中自感、互感和电阻来表示铜壳的参数，并重新建模进行分析，其分析结果和实验结果符合较好。

HL-2A托卡马克等离子体的扭曲不稳定性研究

扭曲模是托卡马克等离子体中一种常见的磁流体力学不稳定性。而安全因子(q)和比压(β)对扭曲模的产生、发展以及稳定化有着重要的、甚至是决定性的影响。本文从实验与模拟相结合的角度,基于HL-2A装置实验的一炮典型的偏滤器放电位形,研究了安全因子q和极向比压卢。对内扭曲模和外扭曲模的影响,分析了不同参数条件下的扭曲不稳定性。结果表明,当磁轴上的安全因子q_0<1时,内扭曲模有可能不稳定。当q_0>1时,内扭曲模是稳定的。而极向比压卢。对内、外扭曲模都有去稳作用,峰化的等离子体电流剖面(或安全因子剖面)对扭曲模有稳定作用。有关扭曲模稳定化措施中,必须综合考虑安全因子剖面和等离子体比压值,以利于实现托卡马克高性能放电。

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。

托卡马克等离子体平衡的数值研究

为了计算HT 7U超导Tokamak平衡场系统物理参数 ,保证工程设计的可靠性 ,推广并改进了计算等离子体平衡的程序EQ 。