EAST等离子体边界可见光成像系统研究

设计了一套针对Hα波段的高精度折叠式光学系统用来观察放电过程中等离子体边界特征,该系统在全视场中实现了4mm的分辨率。基于图像局部特征和相机模型,发展了光学等离子体边界重建算法,在EAST上针对高场侧中平面处的等离子体控制点进行了算法验证,光学重建的控制点随时间的演化与磁平衡重建的结果吻合良好。

基于TEQ的固定边界托卡马克等离子体平衡模拟

文章设计了新的TEQ计算流程,实现了由磁面位置及磁面上磁通值计算网格点上磁通的算法,修正了TEQ求解固定边界托卡马克等离子体平衡时输出g-file的程序,并以EAST装置为基础,用剪切和反剪切2种情况的安全因子、压强分布进行了检验,发现TEQ的结果与EFIT符合得很好,最后用TEQ构建了6组反剪切固定边界平衡,简单分析了压强对磁轴水平位置的影响。

HL-2A等离子体边界识别的研究

利用电流丝模型编写的电流丝编码和采集到的18个磁探针测量数据、等离子体电流和极向场线圈电流的数据做了重建HL 2A等离子体边界的研究。计算结果表明,电流丝编码能够正确地识别等离子体的边界、偏滤器位形和X点的位置。计算获得的偏滤器内外靶板上打击点出现和消失的时间与布置在偏滤器靶板上静电探针测量到的信号很好地符合。在Pentium4的PC个人计算机上(CPU为2.4GHz,800MHz总线)计算每一个时刻的等离子体边界时间小于1ms。

识别TdeV托卡马克等离子体的边界和中心位置(英文)

用虚壳原理可以得到TdeV托卡马克等离子体边界、电流中心和X点。用最小二乘法可以确定Glad Shafranov方程解中的待定参数。用探针测量极向磁场 ,初始时等离子体电流被看作是线电流 ,然后被虚壳电流代替。这个虚壳电流在等离子体内部产生负的约束磁场 ,在等离子体外部产生的磁场与等离子体电流产生的磁场一致。所用的叠代法充分快 ,可以在两次放电间给出等离子体图象。重建的位形与TV成像非常一致。

辅助加热下HL-2A边界层等离子体数值模拟

以二维边界等离子体流体模拟代码B2.5为核心,编制适合于具有封闭偏滤器位形特征托卡马克的边界层网格划分代码和计算后处理代码.模拟分析HL-2A托卡马克有约3MW辅助加热功率时的边界等离子体特性.结果表明,偏滤器靶板前形成了致密低温等离子体,偏滤器运行于高再循环状态.

磁尾等离子体片边界层场向电流与行星际磁场时钟角的关系

根据ClusterII卫星的探测数据,对1 839个磁尾等离子体片边界层场向电流事件与行星际磁场(IMF)时钟角Φ的关系进行了统计分析。结果显示等离子体片边界层场向电流的发生率明显受到IMF时钟角的调控:当0°<|Ф|<90°,场向电流发生率随IMF时钟角的变化曲线为一"V"型结构。当90°<Ф<180°时场向电流发生率保持在很高的水平上;当-180°<Ф<-90°时,场向电流的发生率先减小后增大,其拐点在Ф=-130°附近。这说明场向电流不仅受行星际Bz的影响,也受行星际磁场By的影响。

等离子体边界对线积分辐射率的影响

在托卡马克辐射诊断中,当探测束线的极向宽度与等离子体小半径可以比较时,等离子体边界会显著影响线积分辐射率,使其成为宽度平均辐射率的带权重的线积分。本文给出了这种情况下的线积分辐射率明晰表达式。

磁尾等离子体片区氧离子丰度对离子剪切流的开尔文-赫姆霍茨不稳定性的影响

考虑等离子体片区存在源于电离层的氧离子,研究了离子剪切流在低频表面波扰动情况下的开尔文-赫姆霍茨(K-H)不稳定性.在氧离子流与质子流具有近似相同的宏观流速假定下,采用磁流体力学(MHD)近似,并且考虑在磁场方程中保留速度场涡量项,推导出沿磁场方向传播的表面波线性扰动的色散关系.在等离子体片边界层区,发现随着氧离子相对丰度的增加,产生K-H不稳定性的最大临界扰动波长可增大到20RE(地球半径).对于给定的氧离子丰度,临界剪切相对扰动波长的变化存在一个最小值.氧离子丰度越高,最小临界剪切值越小,对应的扰动波长(称最不稳定波长)也越长.高氧离子丰度的不稳定性增长率随速度剪切增加而增加,快于低氧离子丰度.不稳定性增长率随速度剪切增加的最大饱和值接近对应的离子回旋频率.在地磁活动期间,由等离子体片中氧离子丰度增加而增大的沿磁场传播的表面波不稳定性对于理解低频磁脉动事件和磁层亚暴过程也有着十分重要的意义.

HL-2A装置低参数运行的等离子体边界

因为等离子体最后的封闭磁面（LCFS）最终决定等离子体的截面形状，并且等离子体位形与许多热点的先进托卡马克（AT）和聚变堆课题相联系，例如电流密度的控制、等离子体平衡、刮离层（SOL）、粒子和能量行为、高能等离子体以及MHD不稳定性抑制等，所以目前的托卡马克仍然需要对边界的相关物理进行研究，例如边界确认、等离子体平衡和极向磁通损失等。从控制AT或者研究放电等离子体物理性质来看。获得相对准确的与边界相联系的等离子体平衡性质也是重要的。

用磁通法快速确定等离子体位置的研究

1引言 我们已经用固定电流丝模型和有限电流元模型编写的CF编码研究了HL-2A装置在孔栏位形和偏滤器位形等离子体边界的重建问题。与其它等离子体边界重建的方法相比，这种方法能够快速和准确地确定等离子体边界。但是对于实时控制等离子体位置来说，这需要采用快速的计算机硬件或采用DSP数字信号处理器。在2005年的试验中，我们修改了CF编码不再计算等离子体边界，通过计算4点磁通来计算等离子体的位置，这样可以明显减少计算时间，实时确定等离子体的位置。

磁尾的等离子体片边界层场向电流密度与地磁活动指数Kp的关系分析

对2001年7月～10月Cluster穿越磁尾等离子体片边界层期间观测到的172个场向电流事件进行了研究,主要分析了等离子体片边界层场向电流特性与地磁活动指数之间的关系.研究结果表明:1)等离子体片边界层场向电流的相对发生率随地磁活动的增强而增加;2)等离子体片边界层场向电流密度随Kp指数的增大而增大;在磁暴的主相阶段,场向电流迅速增大,电流密度最大达到19.05nA/m2,同时Kp增大至5;3)地磁活动指数Kp与等离子体片边界层区场向电流密度有着一致的变化关系.然而,当AE<800nT时,等离子体片边界层场向电流密度随着AE的增加而增加,当AE>800nT时,场向电流密度随着AE的增加而减小.从而说明,等离子体片边界层场向电流密度与Kp指数的变化关系更为密切.

二次离子质谱在HL－1托卡马克研究中的应用

应用ＬＡＳ－２０００二次离子质谱表面分析系统作了如下测量：（１）测出ＨＬ－１装置的总出气量以及其主要出气组分的出气量百分比和出气峰值温度等参数；（２）对等离子体－表面相互作用进行了ＳＩＭＳ／蒙特卡洛互补分析，测出等离子体边界层中氢气量径向特征长度和氢粒子注入硅片的特征深度，估算出氢通量平均动力温度；（３）对硅收集探针的ＳＩＭＳ／ＡＥＳ分析表明，ＨＬ－１等离子体删削层中主要杂质组分为Ｏ、Ｃ、Ｎｉ、Ｍｏ和Ｃｒ，同时给出原子密度相对百分比；在ＨＬ－１装置中用原位蒸钛来吸氧、碳杂质，从而提高了等离子体纯度和品质；（４）定期检测表明，装置的器壁表面污染呈减弱趋势，这说明ＨＬ－１真空系统的设计研制及运行维护技术措施等是合适的。

抽气对HL-2A装置偏滤器靶板热负载的影响研究

磁约束核聚变托卡马克装置来自芯部的高强热流与偏滤器靶板相互作用,不但会直接影响偏滤器寿命,同时会产生大量杂质影响等离子体芯部性能,而抽气是控制等离子体密度和杂质密度的重要手段。本文基于环流2号托卡马克(HL-2A)装置利用SOLPS-ITER程序研究了不同上游电子密度条件下抽气对偏滤器靶板热负载的影响。通过密度扫描发现在脱靶阈值(T^(OSP) _(et)-5 eV)附近抽气对靶板热负载影响更大,在抽气速率分别为12 m^(3)·s^(−1)、36 m^(3)·s^(−1)和96 m^(3)·s^(−1)时,外靶板脱靶阈值和热负载峰值分别为无抽气条件下的1.11、1.24、1.39倍和1.37、1.96、2.54倍。进一步从原子分子碰撞过程分析了n_(e,sep)=0.19×10^(19)m^(−3)、0.6×10^(19)m^(−3)、0.9×10^(19)m^(−3)上游密度条件下抽气对偏滤器区等离子体和中性粒子参数分布的影响,发现在脱靶后密度条件下抽气会使氘分子密度明显降低,碰撞反应损耗的能量降低,从而导致靶板等离子体温度和能流增加。

探测一号卫星在近地磁尾观测到的尾向流统计特性

在磁静和亚暴期间,TC-1卫星在近地磁尾,包括晨昏两侧和夜侧的尾瓣、等离子体片边界层和等离子体片区域都观测到大量来自电离层的尾向流事件.尾向流在赤道面附近最强,在夜侧较晨昏两侧强;尾向流有从晨昏两侧向夜侧运动的趋势;尾向流随距地球距离增加而逐渐增强.与来自中磁尾的地向流相比,近地磁尾近赤道区域来自电离层的尾向流具有低温高密特性.2004年7月1日至2004年10月31日期间TC-1卫星在近地磁尾(7RE^13RE之间,RE为地球半径)观测到持续时间超过3min的尾向流共516起.对这516起尾向流的统计研究结果显示:(1)尾向流在从等离子体片边界层向等离子体片的运动过程中流速会逐渐减弱、密度逐渐增高,温度有逐渐下降的趋势;(2)对尾向流平行温度和垂直温度的分析显示不同等离子体区域的尾向流都有较明显的各向异性;(3)在从等离子体片边界层向等离子体片的运动过程中,尾向流逐渐趋向各向同性.

日侧极光弧的发光强度与沉降电子能谱的相关关系

本文利用中国北极黄河站多波段全天空极光观测数据,选取稳定的日侧极光弧,统计研究了极光强度比I_(557.7)/I_(630.0)与极光发光强度I_(557.7)的相关关系.发现I_(557.7)在午前暖点和午后热点区附近出现极大值,分别为2.2kR和2.9 kR;而I_(630.0)在磁正午出现极大值,为1.5kR.当I_(557.7)从0.1kR增加到10kR时,极光强度比I_(557.7)/I_(630.0)也由0.2增加到9.结合DMSP卫星探测的沉降粒子能谱数据,找到17个DMSP卫星穿越黄河站上空极光弧的事件,共穿越40条极光弧.得到了沉降电子的平均能量正比于极光强度比I_(557.7)/I_(630.0),沉降电子的总能通量正相关于极光强度I_(557.7)的关系式.利用该关系式反演所有极光弧的电子能谱,发现在午前和午后扇区,产生极光弧的沉降电子主要来源于等离子体片边界层;在高纬出现强度较弱的弧,对应等离子体幔区域.在磁正午附近,沉降电子的平均能量较低,极光弧处于低纬一侧,粒子源区主要是低纬边界层.

行星际磁场对磁尾场向电流发生率的影响

利用Cluster卫星的磁场和等离子体探测数据,研究了行星际磁场(IMF)时钟角(clock angle)Φ和锥角(cone angle)θ对磁尾等离子体片边界层(PSBL)区场向电流发生率的影响.当时钟角Φ>0时,磁尾场向电流的发生率较高,这表明磁尾场向电流的发生与昏向太阳风条件更为密切;当90°<|Φ|<180°时,场向电流的发生率较高,这表明场向电流的发生与南向IMF更为密切.当锥角θ<30°时(即IMF与日地连线夹角较小时)场向电流的发生率较低.而当θ>30°时,场向电流在90°<|Φ|<180°的情况下发生率明显增大,这说明南向IMF情况下,场向电流发生率明显增大.但是当|Φ|<90°时(北向IMF情况下),尽管θ很大,场向电流的发生率并未明显增大.当θ>70°时,且在140°<Φ<160°的行星际磁场条件下,磁尾等离子体片边界层区场向电流的发生率最大.

非均匀动压冲击和停止后产生的瞬时重联过程

在非均匀动压冲击期间和冲击突然停止，可引起等离子体边界层的局部瞬时重联过程．本文用二维可压缩ＭＨＤ数值模拟方法研究了这两个过程．结果表明：当大尺度的均匀横向流从一侧边冲击边界层时，磁力线不弯曲，也不发生磁场重联，只是边界层被推着向下游运动；当局部的非均匀动压（特别是横向剪切流）冲击边界层时，被冲击的同向磁场区磁力线逐渐弯曲，在弯曲的反磁场区，出现磁岛，然后在电流片区发生磁场重联，且逐渐形成准稳态的“反Ｋ型”重联结构；当横向剪切流冲击停止后，边界层区变为非常不稳定的系统，产生多种流体涡旋和流型，并相应地产生多种类型的磁场重联结构，直到涡旋消失变为湍动状态时，磁场拓扑才逐渐恢复到未扰动状态。我们提出，外力作用的突然停止，可能是驱动重联的一种新机制，并对这种重联过程在磁层物理中可能的应用进行了讨论．

经典漂移对EAST钨杂质产生和输运特性影响的模拟研究

本文采用蒙特卡罗杂质输运程序DIVIMP,针对先进实验超导托卡马克(EAST)的上单零位形放电,模拟研究了不同漂移情况下(无漂移、离子B??B漂移向下/上)的钨杂质产生和输运特性。结果表明,经典漂移显著影响了钨杂质自偏滤器靶板的溅射通量及其在上游区域的含量。

伴随磁场重联哨声波的观测与统计分析

利用GEOTAIL卫星探测得到的磁场、粒子和波的数据，通过观测伴随着磁场重联的哨声波、静电孤立波、高频静电调制波等波，统计分析了地球磁尾伴随重联过程的哨声波的频率、空间位置分布等特性．结果表明：伴随磁场重联的哨声波，其频率在10～500Hz之间，在磁尾主要分布于等离子体片及其边界层．通过卫星观测结果证实：在导向磁场By较小时（By〈7nT），哨声波在磁场重联过程中起到重要的调制作用，从观测上证实了理论预测和计算机模拟结果．

行星际磁场B_y分量对磁尾场向电流的控制作用

利用Cluster卫星的磁场探测数据及ACE卫星的行星际磁场(IMF)探测数据,研究了IMF B_y分量(IMF|B_y|<10nT)对磁尾等离子体片边界层(PSBL)区场向电流发生率和密度的影响.研究显示:与IMF B_y分量为负时进行比较,IMF B_y分量为正时场向电流的发生率更高,约55.6%;当IMF|B_y|>4nT时场向电流发生率占总发生率的77.4%;场向电流发生率随IMF|B_y|的增大而增大,且具有很好的线性相关关系,当IMF B_y分量为正时,相关性更好;场向电流密度也随IMF|B_y|的增大而增大,同样具有很好的线性相关关系,当IMF B_y分量为正时,相关性更好.以上结果表明,IMF B_y分量对磁尾场向电流的产生和变化具有很强的控制作用,并且昏向IMF变化与场向电流变化的关系更加密切.