磁约束等离子体的高分辨光谱诊断

磁约束等离子体的高分辨光谱诊断赵庆勋（河北大学物理系保定０７１００２）李赞良，郑少白（中国科学院物理研究所北京１０００８０）光谱诊断已成为磁约束高温等离子体诊断中最为有效的方法之一。对于磁约束等离子体，其内部电场与离子温度关联着等离子体内部的粒子输运...

磁约束等离子体的若干辐射磁流体力学问题研究概述

在磁约束聚变等离子体中,等离子体辐射是其中的一个重要问题。当等离子体辐射功率达到一定比例时,会引起不稳定性,甚至导致等离子体破裂。在磁约束等离子体中,辐射磁流体力学主要涉及到的是由辐射引起的磁流体不稳定性,及其对等离子体约束的影响。目前仍存在一些关键性的问题,如密度极限、等离子体破裂过程中的辐射损失等,并且磁约束聚变等离子体中还没有完整的辐射磁流体动力学的数值模拟工作,因此,从事这方面的工作有望走在国际前沿。

磁约束等离子体湍流扰动纵向传播的时间相关性研究

从相关时间以及色散关系分析入手 ,研究磁约束等离子体中湍流扰动的纵向传播性质 ,从不同途径来确定扰动的传播速度。其结果与电子流体速度具有一致性。从而表明 ,时间相关因数与色散关系这两种分析方法 。

高温超导磁约束等离子体推进器杜瓦系统的应力和应变分析

高温超导磁约束等离子体推进器利用磁场的作用,将高温等离子体的能量转化为推进器的推力,对于杜瓦系统的结构有着较高的要求。文中主要介绍了杜瓦系统的基本结构,并利用ANSYS软件分析了杜瓦系统的应力和应变,说明了高温超导磁约束等离子体推进器杜瓦系统的设计满足应力及应变要求。

磁约束等离子体中杂质离子的输运方程

以非平衡态统计理论为基础,从福克尔-普朗克动理学方程出发推导出了各种杂质离子、氘离子和电子的输运动力学方程,即特殊的多组分等离子体输运方程。各级电离过程中形成的带不同电荷杂质离子的输运动力学过程以及不同粒子间碰撞相互作用的贡献在文中进行了系统的分析。此外,在重新推导并优化的基本方程组基础上,得到了各种杂质离子的输运动力学方程。

磁约束等离子体推进器磁体系统的电磁力和机械应力分析

根据磁约束等离子体推进器磁体系统的设计参数,通过ANSYS有限元分析软件在电磁-结构耦合场方面的计算,得到磁体系统的轴向电磁力和机械应力的分布。计算超导磁体在通电情况下,磁体中平面上所有节点所受的轴向电磁压缩力以及磁体间的相互作用力;计算出磁体外层用不锈钢钢丝加固前后机械应力分布情况的变化。

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.

多极Galatea磁阱中的等离子体逆磁效应

为了在多极Galatea磁阱等离子体约束实验中获得更精确的等离子体参数，利用Rogowski线圈测量了多极磁阱中等离子体的逆磁电流，并借助COMSOL有限元软件分析了磁阱的磁场和等离子体逆磁电流的分布特点，建立了逆磁电流和等离子体分界面处压强之间的数学模型；结合理想气体方程，给出了利用逆磁电流估算等离子体能量约束时间和等离子体温度的方法，并根据测量的逆磁电流计算了不同障壁磁场下多极磁阱中等离子体的主要参数。计算结果表明，障壁磁场磁感应强度在0．025~0．1T之间变化时，逆磁电流最大值的变化范围为60～110A，磁阱分界面处压强变化范围为9～14Pa，等离子体的能量约束时间变化范围为50~150μs。根据上述测量结果和所提模型估算的等离子体温度约为10eV，这与热量计测量的等离子体温度基本一致，证明了在等离子体浓度的数值已知的情况下，可以通过测量逆磁电流来测定磁阱中的等离子压强、等离子约束能量时间和等离子体温度。

J-TEXT托卡马克等离子体中非局域效应期间温度涨落的统计分析

非局域热输运现象(NLT)是聚变界未解之谜。迄今为止,并没有恰当的理论模型解释NLT现象,但人们普遍认为NLT现象与湍流有关。采用延迟相关性分析方法及湍流强度长程相关性分析方法,分析了NLT期间由ECE测量的电子温度涨落的特征。结果发现在欧姆放电和ECRH加热等离子体中出现的NLT期间,电子温度涨落强度均具有长程相关性,且电子温度涨落的相对强度在r/a<0.8的区域均降低。重点分析了电子温度涨落的峰度和偏度在欧姆和ECRH等离子体中SMBI前后的变化。发现在欧姆等离子体中SMBI注入后芯部电子温度涨落更远离高斯分布,而在ECRH等离子体中其更接近高斯分布。在欧姆放电和ECRH加热等离子体中,SMBI注入前后,峰度和偏度的显著不同表明NLT的出现与温度涨落的峰度和偏度无关。

CT-6B托卡马克等离子体湍流中相关结构的特性研究

采用双正交分解技术对CT-6B托卡马克等离子体中的多道时空信号进行了分析和对比,结果表明它能够较好的滤除信号中的背景噪声,将相关结构从等离子体湍流中提取出来,并通过对其中相关结构的分析,得到了表征相关结构的权重元素。

磁场辅助激光生长类金刚石膜的微结构及光学性能

在脉冲激光沉积技术中引入非均匀磁场,探索磁场约束激光等离子体条件下生长类金刚石膜的特性,为进一步提高类金刚石膜中sp~3键含量、增强微结构调控提供理论和实验基础.计算了磁场的磁感应强度及其磁力线分布,仿真了碳离子在磁场约束下的飞行轨迹,显示出磁场限制了碳离子的自由膨胀,使其螺旋前进并向永磁体中心区域聚集.膜层表面干涉和椭偏测量的拟合参数显示,磁场的磁感应强度越高,激光生长类金刚石膜的厚度及光学性能越不均匀.拉曼光谱及其拟合结果显示,磁场有利于提高碳网络结构的局部压力、提高膜层中的sp~3键含量.

托卡马克理想磁流体不稳定性的统一描述(Ⅱ)

采用磁力线为直线的坐标系 ,进一步将托卡马克理想磁流体剪切阿尔芬运动方程展开 ,获得了描述低模数环形阿尔芬本征模 (TAE和EAE)

低杂波注入对剥离气球模的作用

基于BOUT++代码研究了托卡马克高约束模等离子体中低杂波(LHW)注入对边缘台基区剥离气球模(P-B模)线性和非线性特性的影响.模拟中分别考虑了LHW驱动的常规主等离子体电流和刮削层螺旋电流丝(HCF)产生三维扰动磁场对P-B模的作用.线性结果表明,LHW驱动的主等离子体电流通过降低平衡的归一化压强梯度和磁剪切,使得线性环向模谱整体向高模数和低增长率的方向移动.非线性模拟表明,由于线性模谱的展宽,LHW驱动的主等离子体电流对P-B模不同模式具有整体的抑制效果,可以降低边缘局域模(ELM)造成的台基能量损失;LHW驱动HCF产生的三维扰动磁场可以通过增强不同模式之间的耦合,促进主模之外的其他模式增长来降低ELM造成的能量损失.研究发现,HCF产生的三维扰动磁场促进增长的P-B模式集中在较高模数,当P-B模的主导模式远离此模数区间,ELM能量损失降低更明显.研究结果有助于深入理解LHW控制ELM实验中的物理机制.

基于超级电容器的充放电电路系统研制及其在EAST限制器探针测量中的应用

EAST限制器探针安装在低场侧限制器,在环向上共有两个阵列,可以同时工作在悬浮电位测量、离子饱和流测量和扫描单探针模式.当朗缪尔静电探针运行在离子饱和流测量模式时,需要为其提供稳定的偏压.本文采用大容量电容器为探针提供偏压,相比于其他磁约束聚变装置上使用的9 V干电池组,大容量电容器具有电压设置灵活、易于维护和环保等优点.为此,研发和测试了整套超级电容器的充放电控制电路.本文还基于Python语言开发了超级电容器充放电控制电路的控制软件,通过该软件可以实现对电路的远程控制和自动控制.经实验测试,电容器充放电控制电路可以在长脉冲放电条件下为探针输出稳定的偏压,适用于磁约束聚变的复杂电磁环境.通过将超级电容器充放电控制电路应用于EAST限制器探针诊断,测量了2.45 GHz和4.6 GHz两种低杂波加热条件下刮削层等离子体离子饱和流、悬浮电位、电子温度和密度等特征参数的三维分布,发现2.45 GHz低杂波加热时刮削层电子密度较高,而双波协同加热时刮削层电子密度最高.这一系列测试与物理实验充分验证了超级电容器充放电控制电路的可靠性和稳定性.

聚变等离子体物理第2版，修订增补版

聚变是指由质量小的原子，在一定条件下发生原子核的聚合作用，生成新的质量更大的原子，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应。等离子体物理是研究等离子体的形成及其各种性质和运动规律的学科。宇宙问的大部分物质处于等离子体状态。从20世纪50年代起，为了利用核聚变反应解决能源问题，促使等离子体物理学研究蓬勃发展。其应用前景目前集中在轻核聚变方面，即利用磁约束等离子体进行持续的核聚变反应。

核聚变——消除人类能源危机的济世良方

核聚变是解决人类能源问题的最有效途径.本文详尽论述了核聚变研究的必要性、可行性及广阔前景.

Instructions for Manuscript Preparation

Plasma Science and Technology (PST) is a journal reporting novel experimental and theoretical results and progress of interdisciplinary and application sciences in the fields related to Plasma Physics. Specific interested areas include:

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