HL-2A装置偏滤器位形超声分子束注入深度观测

用22道Hα辐射测量阵列观测了HL-2A装置偏滤器位形超声分子束的注入过程。观测结果表明:在HL-2A装置偏滤器位形下,当分子束注入气源压强大于1MPa时,Hα辐射沿径向分布存在两个峰值,其第二个Hα辐射峰值位于r/a^0.8附近,表明大部分氢粒子在等离子体边缘(SOL区域)即被离解或电离,但仍有部分氢粒子沉积在分界面内5cm。

HL-2A装置超声分子束注入缓解偏滤器靶板上边缘局域模热通量研究

在HL-2A装置上优化和发展了偏滤器靶板上的红外测温系统,并利用该系统分析了高约束模放电期间边缘局域模的热沉积分布特性。在高约束模式放电期间,超声分子束注入使边缘局域模所引起的偏滤器靶板上瞬间热通量峰值下降了~60%,并伴随着边缘局域模爆发频率增加了2~3倍,而等离子体储能仅下降了~8%。分析结果表明,大幅度的丝状结构在超声分子束注入之后得到了有效抑制,沉积到偏滤器靶板上的瞬间热通量峰值也随之下降。此外,在超声分子束注入之后偏滤器室内的热辐射损失大幅度增加,从而耗散了热输运所携带的部分能量,进一步分散了沉积到偏滤器靶板上的能量,有效地保护了偏滤器靶板。

HL—1M装置超声分子束注入的边缘等离子体结构

HL－1M装置的分子束流注入加料实验中，利用提高注入口气源的气压来提高超声分子束流的速度和增加入射的粒子密度，从而改变边缘电场，等离子体旋转速度和边缘静电雷诺Xie强。本文利用马赫／郎缪尔探针组测量HL－1M装置刮离层（SOL）和边缘雷诺Xie强，等离子体极向旋转，径向和极向电场的变化，表明了随着分子束流速度和粒子密度的增加，延伸了分子束流的注入深度。

超声分子束注入模型与流体输运程序的耦合

将超声分子束注入模型加入到流体输运程序ONETWO中,为ONETWO程序提供了重要的粒子源和电子、离子热源项。在ONETWO程序物理模型中加入超声分子束注入模型,修改TPSMBI程序并将其耦合到ONETWO程序中。运用耦合后的ONETWO程序模拟研究了喷气法与超声分子束注入产生的源项。将超声分子束注入模型加入到ONETWO程序中不仅可以为相关的实验分析提供一种重要的工具,也可为未来装置(如中国聚变工程实验堆)的物理设计提供重要的粒子和能量源信息。

超声分子束注入密度和宽度对托克马克装置加料深度的影响

基于HL-2A托卡马克装置的真实磁场位形,应用大型边缘等离子体湍流模拟程序BOUT++中的子程序模块trans-neut对不同的超声分子束注入(SMBI)密度和宽度进行模拟.在SMBI过程中,保持单位时间内分子注入个数和注入速度恒定,在恒定通量情况下,通过调整注入分子束密度和宽度来研究SMBI注入深度的变化.研究结果表明:在注入密度较小、注入宽度较大时,SMBI的注入深度更深,分子和原子的分解率和电离率的时空区域较宽.分子分解局域化会抑制全局分解率的增长,而分解局域化又会引发局域分解率的加速增长,进而促进全局分解率的增长,促进效果占优导致在注入速度一定的情况下,恒定通量的分子注入发散角越小,分子注入深度越浅.

HL-2A装置超声分子束注入初步结果

HL-2A装置是我国第一个带偏滤器的托卡马克装置，于2002年投入运行。该装置的主要参数为：R=1．65m，n=0．4m，BT=2．8T，Ip=0．48MA，带有上、下对称的封闭式偏滤器。目前，HL-2A装置运行下单零偏滤器，为下一步改进偏滤器位形进行基础性研究。带有液氮冷阱的超声分子束注入系统首次安装并运行于2004年。初步实验结果是，多脉冲分子束注入用于封闭式偏滤器功能的演示和检验；多脉冲分子束注入HL-2A等离子体引起冷脉冲和密度扰动向中心传播。

其它——Wendelstein 7-AS仿星器超声分子束注入实验

核工业西南物理研究院和德国马克斯-普朗克等离子体物理研究所建立了合作研究Wendelstein 7-AS(W7-AS)装置上的超声分子束注入实验。由我方提供物理思想和设计，德方提供器件和设备，于2001年5月在W7-AS装置上安置和调试了一套超声分子束注入系统，并成功地进行了实验。

中国环流器二号A(HL-2A)超声分子束注入最新结果

HL-2A装置电子回旋共振加热时,氘脉冲超声分子束穿越分界面,等离子体各项重要参数,包括等离子体储能、极向比压、中平面线平均密度、中心密度和温度上升,中子产额急剧增加.超声分子束注入有可能较常规脉冲送气在台基顶部提供较强的粒子源,被认为是可供ITER替换脉冲送气的加料方法之一.HL-2A装置氢超声分子束注入的平均速度约为1.7km,与溢流(分子流)注入真空的速度测量作了比较.

HL-2A托卡马克超声分子束注入深度和加料效果研究

超声分子束注入深度与加料效率是分子束加料研究中的基本课题.在近期开展的超声分子束注入实验中,发现分子束注入深度与等离子体电子温度和密度、分子束源的气压和温度有直接关系,获得了分子束注入深度的定标律.在低温气体源(液氮冷却)的分子束注入实验中,发现分子束流中形成了团簇,其注入深度超过30cm,分析了在低温气源分子束注入实验中的团簇现象.

HL-2A装置上超声分子束注入触发L-H转换的实验研究

利用具有定向速度的超声分子束注入技术,研究了HL-2A装置在较低加热功率条件下实现L-H转换的等离子体放电特征,从边缘密度分布的差异比较分析了普通送气和超声分子束注入对L-H转换的影响.实验结果表明,HL-2A装置上采用超声分子束注入可直接触发L-H转换,明显降低L-H转换功率.通过对大量实验数据的分析和整理发现,利用超声分子束注入实现L-H转换的最低加热功率,比同等条件下采用普通送气实现L-H转换的最低加热功率减少约10%.

超声分子束注入加料缓解核聚变等离子体边缘局域模合作研究

如何控制等离子体高约束放电中的边缘局域模（ELM）以便降低到达偏滤器靶板上的瞬态高热负荷是当前磁约束核聚变研究的前沿课题之一。弹丸调步法、外加线圈共振磁场扰动法和等离子体垂直位移晃动法是目前三种比较有效的控制方法，但是它们都有各自的不足之处。

用于超声分子束束流特性测试的纹影系统研制及应用

超声分子束注入加料技术是用于磁约束聚变等离子体燃料补充的方法之一.为优化超声分子束注入束流特性,提升超声分子束注入加料效率以及深入研究分子束与等离子体相互作用,研制了用于超声分子束束流特性测试的诊断系统并开展了应用测试.基于超声分子束注入束流具有透明、超高速等特点,该诊断系统主要利用纹影法配合高速相机进行束流特性测量,其中纹影系统设计为"Z"字型反射式.该系统应用在超声分子束束流测试平台上,测试了分子束束流基本特征.为验证系统的有效性,使用不同形状(圆孔及锥形一体式)喷嘴在大气和真空条件下开展了一系列测试,分别获得了二氧化碳气体及氘气在不同条件下的束流轮廓.该系统为超声分子束束流优化提供了直接测试手段.

超声分子束束流特性实验研究

超声分子束注入(supersonic molecular beam injection, SMBI)是磁约束核聚变装置中的一种等离子体加料技术.为进一步优化SMBI束流特性、提升SMBI加料性能,本文利用纹影诊断系统开展了不同工况下的注入器测试实验,并对束流特性参数依赖性开展了研究.研究结果表明,束流寂静区长度(又称束流注入有效距离)与束流发散半角依赖于系统工况及注入器特征参数,且本文给出了束流特性参数的定量变化规律.此外,普通圆孔注入器与自研一体式注入器的对比测试结果表明,自研的一体式注入器在束流注入有效距离和束流聚束性能上均优于普通圆孔注入器.该研究工作为不同磁约束核聚变装置上的超声分子束注入器设计和束流优化提供了数据支撑和参考.

HL-1M装置高气压超声分子束加料效果

超声分子束注入作为一种新的托卡马克加料方法 ,已成功地开发和应用于环流器新一号 (HL 1M)和超导托卡马克HT 7.近期开展的高气压超声分子束注入实验 ,在束流中发现了团簇流 ,其注入等离子体深度超过 17cm .电子密度上升率接近于小型冰弹丸加料 .多脉冲超声分子束注入形成电子密度阶梯形上升 ,类似于多弹丸加料效果 ,电子温度剖面呈中空分布 .描述了在HL 1M装置同一次欧姆放电等离子体中超声分子束与冰弹丸加料效果的实验比较 .

低温与室温氢团簇流注入HL-2A装置加料效果比较

HL-2A装置超声分子束注入系统和带有低温冷阱的分子束阀门结构如图1所示。用于产生氢团簇的阀门是由美国通用阀门公司的产品（General valve series99），该阀门的喷嘴直径为0．2mm，阀门出口至边缘等离子体的距离为1．28m，低温冷阱灌人液氮冷却阀体和工作气体。本实验氢团簇是在气体射流基础上建立的，一定压力的真实气体通过小孔进入真空室绝热膨胀，导致运动气体显著冷却，原子或分子之间的相互作用力在低温状态下变弱，一个可能的结果是形成团簇。团簇的形成主要决定于气体的温度和压力，还有喷嘴的形状和尺寸，范得瓦尔斯力或原子键的强度等。目前尚无严格的理论预言团簇如何由气体射流自由膨胀而成。但是，还是有一个经验定标的参数T，称为哈竞那（Hagena）参数，用于描述团簇的形成。

HL-1M装置的杂质线辐射特性

给出了HL-1M装置放电实验中杂质线辐射的测量结果。氢分子束注入后 ,等离子体电子密度ne 明显提高 ,而杂质浓度大大降低。对应于分子束注入脉冲 ,分子束的“团簇”效应引起了杂质辐射峰化时间的错位。

用光电探测器测量核聚变装置等离子体辐射损失功率

本文叙述了使用十六道光电二极管测量系统，对中国环流器新一号核聚 变装置等离子体辐射损失功率的测量结果。主要实验结果如下：（1）电子回旋波（ECW）波注入，辐射损失功率随时间的变化。（2）弹丸注入等离子体后辐射功率密度增加了1．5倍。（3）超声分子束注入到等离子体后，辐射功率密度增加了30％。

HL-2A装置上粒子输运的研究

用密度调制的方法研究了等离子体中粒子输运问题。采用了注入脉冲式补充送气和超声分子束两种不同的密度调制方法。在HL-2A装置常规欧姆放电的情况下,运用有限差分法和Nagashima矩阵技术,求解了粒子平衡方程。计算出了粒子的输运系数(对流速度v和扩散系数D)。研究了粒子输运系数与等离子体线平均密度之间的关系。实验结果表明,在欧姆放电的情况下,等离子体芯部的粒子对流速度方向始终是向内的,并且密度低时,粒子输运系数(粒子扩散系数D和对流速度v)较大;密度高时,粒子输运系数较小。