HL－1托卡马克杂质注入实验及杂质输运特性的研究

本文给出了ＨＬ－１托卡马克在通常欧姆放电和偏压诱发Ｈ模放电条件下，脉冲注入杂质气体的实验结果以及对杂质在通常欧姆等离子体和偏压诱发Ｈ模等离子体中的输运研究结果。实验结果表明，在ＨＬ－１上偏压诱发Ｈ模等离子体中对杂质的约束性能明显优于在通常欧姆等离子体中对杂质的约束性能。杂质输运的数值模拟结果说明，无论在通常欧姆等离子体中，还是在偏压诱发Ｈ模等离子体中，杂质的输运系数都比新经典理论预计的要大得多，输运是反常的。在偏压诱发的Ｈ模等离子体中引入杂质输运“位阱”概念，能够对杂质离子约束时间长的实验现象进行很好的描述。合理地解释了在偏压杂质注入实验中杂质辐射上升时间长、衰减慢的现象。

EAST托卡马克激光吹气杂质注入系统控制系统设计及测试

开展托卡马克等离子体中杂质输运与杂质控制研究对于提升等离子体约束性能与保障装置安全有重要意义。为了在EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)托卡马克装置上开展杂质输运研究,需要发展一套用于注入示踪杂质粒子的激光吹气(Laser Blow-off,LBO)微量杂质注入系统。本文描述了一种用于EAST托卡马克装置上LBO系统的控制系统设计过程与测试结果。该系统采用了全新的自动控制流程,使得系统可以重复、定量地向EAST等离子体注入不同元素的示踪杂质粒子。该设计通过STM32单片机系统实现对聚焦透镜位移、激光器被触发时刻的准确控制,且激光光斑直径可调,以改变杂质注入量。测试结果显示,系统能快速检测到外触发信号并实现精确定时,激光光斑聚焦位置误差小于0.40 mm,达到激光吹气杂质注入实验要求。本研究对在EAST装置上开展等离子体杂质输运研究具有重要意义。

ASDEX—U有杂质注入的辐射边界放电和H—L转变

在ＡＳＤＥＸ－Ｕ托卡马克的高辐射偏滤器放电中研究了杂质辐射对Ｈ→Ｌ和Ｌ→Ｈ转变的影响，Ｈ模式和Ｌ模式之间的转变取决于注过分界面的净热功率Ｐｓｅｐ，Ｐｓｅｐ是从加热功率和辐射热测量分布计算出的，对于ＡＳＤＥＸ－Ｕ的典型辐射边界条件，辐射分布受真空紫外区域中的线发射支配，并在分界面附近达到峰值，对于氖用作种杂质的情况，大约有２／３的主室辐射是在内部，但接近分界发射的。氩种子使得芯部辐射份额较高。

用软X射线成像观察HL-2A装置中的杂质注入过程

激光吹气是主动性研究等离子体内部杂质输运的最佳方法之一。杂质的注入用杂质粒子流表示 Г=-DVn＋Lvn 式中，D为输运系数，V为对流速度。激光吹气实验可在放电中选择不同时段注入可控量的杂质。由于杂质注入量很小且附加脉冲信号持续时间很短，等离子体电流和温度都没有明显扰动。杂质约束时间可根据中心道信号衰减时间来计算。

HL-2A装置孔栏位形下激光吹气注入杂质的初步实验结果

在聚变堆条件下，等离子体中杂质将严重影响燃料的浓度，并产生大量的功率损失而倍受关注。普遍用于托卡马克等离子体杂质输运研究的方法是瞬态扰动法，主要以主动注入杂质源来研究杂质的扩散和对流过程。短脉冲型的杂质注入一般可采用快过程的压电阀和激光吹气两种方式，而激光吹气方法是一种不容置疑的最好的杂质输运研究方法，因为杂质的注入时间和注入量都可以得到很好的控制，几乎能研究任何状态的等离子体杂质输运过程并对等离子体参数的扰动最小。杂质输运信息可通过探测杂质离子的辐射来得到，这些辐射主要包括由光谱仪测量的线辐射信号和由软X射线成像技术得到的软X射线辐射信号，通过这些测量可带出杂质分布的空间和时间演化的信息，再利用数值模拟计算编码，重建实验数据，从而得到杂质输运的扩散系数D、对流速度V和约束时间等。

EAST边界和芯部杂质谱线的时间延迟研究

边界杂质注入是未来聚变装置ITER用于增强边界辐射,减少第一壁热负荷的一种重要方法。但部分注入的杂质会被输运到芯部,造成主等离子体辐射损失以及约束下降。光谱观测可以获取杂质种类、含量和分布等信息,在理解等离子体中杂质输运方面起着重要作用。在EAST(experimental advanced superconducting tokamak)偏滤器氩气(Ar)注入实验中,利用偏滤器可见光谱和芯部极紫外光谱监测边界的Ar ^(1+)离子谱线ArⅡ(401.36 nm)和芯部的Ar ^(15+)离子谱线ArⅩⅥ(35.39 nm),并获得两者强度随时间的变化。其中,ArⅡ和ArⅩⅥ的电离能分别为27和918 eV,因此,ArⅡ和ArⅩⅥ分别对应分布于等离子体边界和芯部Ar离子。为了分析二者谱线强度随时间变化的特征,发展了一种基于正则Pearson积矩相关系数的相关分析方法,计算得到两者谱线强度变化的相对延迟时间,以此表征杂质从边界向芯部输运的时间。结果显示,偏滤器注入Ar杂质后,芯部ArⅩⅥ辐射增长滞后于边界ArⅡ辐射的增长,并且在具有较高的低杂波加热功率的放电中,两者的延迟时间较长,表明较高的低杂波加热功率可以延长杂质从边界向芯部输运的时间。

The Progression of the Impurities Injected into the Plasma Following by Soft X-ray Arrays on HL-2A Tokamak

Small amounts of metallic impurity is injected by laser blow-off on HL-2A tokamak in order to study transport phenomena. The particle transport is interpretated along