托卡马克旋转等离子体中阿尔芬波电流驱动

随着托卡马克实验的发展，人们正在寻求和研究多种更适合先进托卡马克高约束性能等离子体的电流驱动方法，然后加以比较和选择。尽管达到兆安量级的低杂波电流驱动已经在许多托卡马克上取得成功，但低杂波不能渗透到反应堆尺寸的托卡马克等离子体密度增加而降低，使得在反应堆尺寸的托卡马克等离子体中使用低杂波驱动电流受到限制。有人预计在反应堆托卡马克中采用电子回旋波驱动电流比低杂波驱动更有效，不幸的是，直到目前还没有足够的实验证明这个预言的正确性。阿尔芬波电流方式，它具有在等离子体中传播不存在密度极限问题等优点，也许更适合未来的反应堆托卡马克。

三维旋转滑动弧等离子体助燃激励器的光谱特性实验

为研究不同射流流量和放电电压下三维旋转滑动弧等离子体助燃激励器的光谱特性规律,对3种不同几何结构的电极,在大气压下进行了交流滑动弧放电等离子体的光谱信号测量。结果表明:当流量和电压越大时,三维旋转滑动弧放电等离子体的振动温度越高,即振动激发强度越强。同时,比较A、B、C 3种滑动弧放电等离子体电极结构的光谱特性后发现,A型电极在滑动弧放电过程中产生的等离子体的振动温度最高,最有利于激发产生等离子体。综合考虑以上几种因素发现,流量对振动温度的影响最为明显,流量越大,OH、O2和O等粒子的相对发射强度也越强。例如,在U0=120V下,当Q=40g/min时O的平均相对发射强度约为1 800a.u.unit,当流量增大到Q=100g/min时,O的平均相对发射强度为2 800a.u.unit。

磁旋转弧等离子体中的弧电压突变现象

利用光学成像系统观察到了磁旋转弧等离子体实验中的电弧电压突变现象,电弧电压突变的范围约在40～100V之间。实验结果表明,电弧电压的变化与电弧弧长的变化密切相关。

弹丸和超声束流注入对边缘电场和等离子体旋转的影响(英文)

在欧姆放电、超声束流注入（ＳＢＩ）和多发弹丸注入（ＭＰＩ）期间，利用马赫／朗缪尔探针组测量了ＨＬ－１Ｍ装置刮削层和边界层的边缘电场和等离子体旋转；环向马赫数Ｍａ、极向流速度ｖｐｏｌ和电场Ｅｒ的径向分布是分别在超声束注入和多发弹丸注入期间进行测量的。超声束注入和多发弹丸注入对边缘电场、等离子体旋转和扰动水平的影响已观测到，结果给出等离子体边缘的径向电场Ｅｒ产生了变化并变得更负。在超声束注入和多发弹丸注入期间，测得电子反磁方向上的极向旋转速度分别为３．８ｋｍ·ｓ－１和１０ｋｍ·ｓ－１，以及等离子体边缘的径向电场分别为－８ｋＶ·ｍ－１和－１４ｋＶ·ｍ－１。这就意味着，极向旋转速度主要取决于Ｅ×Ｂ漂移。

旋转弧等离子体重整乙醇制氢的氧碳比研究

为了优化旋转弧等离子体部分氧化重整乙醇制氢的操作条件,通过模拟和实验研究氧碳比(O/C)对乙醇转化率、乙醇能量转化率、氢气选择性、氢气收率和干基氢气摩尔分数的影响。实验结果表明,乙醇流量为40 mL/min且O/C=0.6时,乙醇转化率最高,约100%;当O/C=1.0时,氢气选择性和收率最高,分别为81.3%和33.5%。等离子体重整副产物较多,当乙醇转化率最高时,氢气选择性和收率不一定最高。在氧碳比为0.5和0.6时,乙醇转化率的热力学模拟结果与实验结果比较接近。热力学模拟为后续旋转弧等离子体重整优化提供了热力学极限的指导。

ITER装置中等离子体旋转和反馈控制对电阻壁模影响的数值研究

在托卡马克等离子体中,电阻壁模是非常重要的磁流体不稳定性,特征时间在毫秒量级.对长时间稳态运行下的先进托卡马克,电阻壁模限制着聚变装置的运行参数空间(放电时间和比压),影响经济效益,所以研究电阻壁模稳定性至关重要.本文使用MARS程序,针对ITER装置上9 MA先进运行平衡位形,研究了等离子体旋转和反馈控制对电阻壁模的影响.结果表明,在没有反馈控制时,当比压参数Cβ取0.7,等离子体环向旋转频率达到1.1%的阿尔芬频率时,可以完全稳定电阻壁模;在等离子体环向旋转和反馈控制共同作用时,比压参数Cβ取0.7,反馈增益|G|取0.6时,稳定电阻壁模所需要的等离子体旋转频率为0.2%的阿尔芬频率.可见,单独靠等离子体环向旋转稳定电阻壁模所需的旋转频率较大;而等离子体环向旋转和反馈控制共同作用可以降低稳定电阻壁模的旋转频率临界值,符合先进托卡马克的运行.本文的研究结果对中国聚变工程试验堆CFETR的工程设计和运行具有一定指导意义.

应用高速CCD诊断研究HT-7装置边界等离子体旋转

在HT-7装置上建立了一套高速CCD可见光成像诊断,测量了边界等离子体的可见光辐射成像。在HT-7装置放电中,首次观察到在等离子体边界区域存在一条极向旋转的可见光辐射带,由CCD诊断系统得到其极向旋转的频率为858Hz。根据多道H?阵列测量得到极向旋转频率为952Hz。多道磁探针信号测量发现,等离子体内部存在m/n=3/1的电磁模,该模的旋转频率为972Hz。从电子回旋辐射诊断系统得到的电子温度剖面发现该模的磁岛宽度约为2.5cm。

托卡马克中旋转刹车对等离子体响应的影响

根据ASDEX-Upgrade托卡马克装置31131放电的试验平衡,构建一组在台基区附近具有不同刹车位置的等离子体旋转剖面。采用线性等离子体响应模型并利用MARS-F程序进行计算,研究刹车点位置对等离子体响应的影响,以期为大型托卡马克装置利用共振扰动场控制边缘局域模提供理论指导。模拟结果表明,当等离子体旋转的刹车点经过有理面时,由于有理面上存在磁岛链,等离子体对共振磁扰动场的屏蔽作用降低,最靠近等离子体边界的有理面上的总径向扰动磁感应强度的共振分量以及等离子体分形面上X点附近的最大法向扰动位移值发生跃变,即等离子体响应发生跃变,粒子和能量的径向输运增强。

HL-1和HL-1M装置等离子体可见光谱实验

总结了HL 1和HL 1M装置等离子体的可见光谱实验,给出了各种放电条件下等离子体参数的可见光谱测量结果,讨论了杂质减少、加料、约束改善、等离子体旋转及边缘辐射特性等可见光谱实验结果,展望了HL 2A装置上要开展的可见光谱研究内容。

二氧化碳等离子体处理生物质焦油

生物质气化过程中副产的焦油不仅有腐蚀设备、堵塞管道等危害,而且会降低生物质气化效率,传统的物理处理与热裂解处理方法存在诸多不足。本文基于旋转弧热等离子体反应装置,以二氧化碳作为等离子介质,选取苯及苯萘混合物作为生物质焦油的模型化合物进行了气化实验,实现了向合成气的高效转化(碳收率可达到90%以上),初步显示了该路线的可行性。进一步分析了真实生物质焦油的物质组成,考察了二氧化碳等离子体对焦油的气化性能,焦油内的水分可作为气化剂,调节合成气中H2/CO的比例(0.3~1)。上述结果为生物质焦油无害化、资源化利用技术的发展提供了新的思路。

磁约束等离子体中的射频波电流驱动和流驱动

射频波可以进入聚变等离子体,通过无碰撞机制将能量和动量沉积于其中,在加热等离子体的同时,还可以驱动等离子体电流和等离子体流.等离子体电流的非感应维持是托卡马克类型聚变装置稳态运行的关键,而电流剖面的控制及等离子体流的存在对于抑制磁流体不稳定性、建立和维持高性能的约束模式至关重要,因此射频波电流驱动和流驱动在磁约束聚变等离子体物理研究中有重要意义.本文从等离子体中波与粒子相互作用的基本物理出发,对磁约束等离子体中射频波电流驱动和流驱动的研究现状、面临的挑战、以及可能的研究趋势进行了简要评述.几个关键问题被特别指出,包括:共振吸收机制与高密度下射频波电流驱动效率衰减的内在联系;非共振驱动机制的可行性探讨;从动量获取和动量弛豫的平衡关系出发探索共振机制下提高驱动效率的可能性;流驱动中射频波的直接驱动和间接驱动效应,尤其是射频波有质动力效应;射频波耦合和传播过程中复杂的非线性过程对电流驱动和流驱动的影响等.

中性束注入加热下旋转和Z_(eff)对EAST中子出射影响的研究

为了判断中性束注入加热效果和研究等离子体宏观旋转和有效电荷数(Z_(eff))对中子出射的影响,结合实验数据,利用TRANSP模拟程序研究了EAST中性束注入加热时,等离子体旋转速度、有效电荷数Z_(eff)以及等离子体储能与中子出射率的关系。模拟结果表明,在能量为65keV、功率为2.89MW的中性束注入加热时,等离子体产生较大的旋转,旋转减少快离子热化时间,降低中子产额;有效电荷数Z_(eff)增加时,快离子投掷角散射增强,束靶反应减少,中子产额缩减。中子出射率随等离子体储能的增加而增加。

EAST中性束反向注入的初步实验研究

对EAST中性束反向注入过程中等离子体加热和电流驱动进行了实验研究,并采用了美国普林斯顿大学等离子体物理实验室开发的TRANSP程序对高功率中性束注入过程中能量热输运进行了分析。结果表明,中性束注入可有效提高本底等离子体温度,产生束驱动非感应电流,提高等离子体旋转以及有效改善等离子体约束。

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。

高转速PREP法制备钛合金粉末工艺研究

采用高转速PREP法制备TC4钛合金粉末;并将其用于SLM成型。利用扫描电子显微镜、全自动粒度粒形分析仪及氧氮分析仪对粉末形貌、粒度粒形及氧氮含量进行测量;分析讨论制备工艺对粉末形貌、粒度、球形度、合金元素含量和收率的影响。利用金相显微镜、万能电子试验机研究SLM工艺及粉末性能对TC4钛合金组织性能的影响。结果表明,电极转速越高,粉末粒径越小、球形度及细粉收率越高;采用50000r·min^(-1)转速可制得形度96.8%、细粉收率14.3%的TC4钛合金粉末。TC4钛合金粉末具有龟裂表面和光滑表面两种形貌;粉末粒径越小表面越光滑、球形度越高、Al和V元素含量越高。采用SLM成型工艺制得的TC4钛合金的拉伸及屈服强度均可达1200MPa以上,弹性模量达到120GPa以上。

微波多普勒反射计数据分析的一种优化方法

结合对多普勒频谱的分析,提出一种基于双高斯拟合的轴对称-非对称谱(SAS)分析方法。在此方法下,功率谱主要由轴对称功率谱和非轴对称功率谱两部分组成。前者主要由等离子体截止层密度的扰动调制决定,后者主要由波数为k⊥=2k0sinθ的湍流的极向密度扰动决定。在分析多普勒反射计的数据时,相较于常用的频谱重心(COG)分析方法和相位微分(δ-phase)法,SAS谱分析不仅提高了求取多普勒频移的准确性,同时还可以获取等离子体中波数为k⊥的极向湍流的密度扰动强度和截止层的密度扰动强度。

科技成果/产业成就

新疆天业等离子体旋转炬头装置获国家专利 由新疆天业集团和新疆兵团现代绿色氯碱化工工程研究中心研发的“一种等离子体炬旋转炬头装置”获得国家专利授权。该专利所述装置属于机械设备技术领域，主要通过独特的进气方式和旋转结构．使等离子电弧稳定维持在电弧通道的中心．旋转的电极结构使等离子弧的弧根不停地移动．避免了电弧因局部过热而造成电极的烧蚀和气化，

Equivalent and Nonequivalent Barotropic Modes for Rotating Stratified Flows

All the possible equivalent barotropic (EB) laminar solutions are firstly explored,and all the possible non-EB elliptic circulations and hyperbolic laminar modes of rotating stratified fluids are discovered in this paper.The EB circulations (including the vortex streets and hurricane like vortices) possess rich structures,because either the arbitrary solutions of arbitrary nonlinear Poisson equations can be used or an arbitrary two-dimensional stream function is revealed which may be broadly applied in atmospheric and oceanic dynamics,plasma physics,astrophysics and so on.The discovery of the non-EB modes disproves a known conjecture.