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2005年 第25卷 第1期    刊出日期：2005-03-15

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研究报告

HL-2A等离子体边界识别的研究

袁保山,刘 莉,游天雪,李芳著,杨青巍,严龙文,洪文玉

2005, 25(1):  1-6. 

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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Pentium 4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。

空间傅里叶分析法识别MHD扰动模式

冯北滨,杨青巍

2005, 25(1):  7-14. 

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讨论了用空间傅里叶分析法确定托卡马克等离子体MHD磁扰动模式的方法。根据托卡马克实验的状况,对不同情况下的MHD磁扰动进行了详细的数值模拟,重点分析了该方法的系统误差,模拟结果与HL-1M装置上的实验结果进行了对比。比较结果表明,用空间傅里叶分析法识别托卡马克中的MHD扰动模式是一种可以行之有效的方法。

轴向剪切流对Z箍缩等离子体瑞利-泰勒不稳定性的抑制

张 扬1,丁 宁2

2005, 25(1):  15-21. 

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利用理想磁流体力学模型对有轴向剪切流的Z箍缩等离子体不稳定性进行了分析。给出了可压缩模型的色散关系,分别对可压缩及不可压缩模型中轴向剪切流对Z箍缩等离子体瑞利-泰勒不稳定性的抑制作用进行了比较,讨论了可压缩性对含有轴向剪切流系统不稳定性的影响。结果表明,可压缩性能够减缓瑞利-泰勒P凯尔文-亥姆霍兹(RTPKH)模扰动的增长,因而使得轴向剪切流对系统不稳定性的抑制作用表现得更为突出。计算结果还说明,在RT不稳定性线性增长阶段,等离子体温度较低,使用可压缩模型能够更真实地描述系统的状态。

低杂波控制电流分布与改善约束研究

沈慰慈,匡光力,单家芳,丁伯江

2005, 25(1):  22-28. 

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在HT-7超导托卡马克装置上利用低杂波电流驱动有效地控制了等离子体电流分布,并使等离子体约束性能改善。数值模拟与硬X射线测量结果均表明,低杂波的发射功率谱、纵场和等离子体密度对改变等离子体电流分布有明显的影响。在优化低杂波电流驱动实验参数的条件下,等离子体密度、温度分布发生了理想的变化。在电子和离子温度分布上出现了内部输运垒,同时等离子体的能量约束时间和粒子约束时间均有提高。

托卡马克等离子体中的电子回旋波电流驱动

彭晓炜,龚学余,刘文艳

2005, 25(1):  29-36. 

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通过将波迹方程与相对论情况下的完全Fokker-Planck方程联合进行求解,研究了寻常波基频电子回旋波从托卡马克等离子体中平面弱场侧发射时的电流驱动。数值结果表明:随着等离子体电子密度、温度的提高, 功率沉积和电流分布的位置将向等离子体的边缘方向偏移,并且产生的总的驱动电流随之减小;入射波极向发射角和环向发射角度的改变对功率沉积、电流分布及其大小产生明显的影响。

HL-2A装置LHCD天线波谱测量与数值计算

曾建尔,陆志鸿,袁 勇,饶 军,刘 永

2005, 25(1):  37-41. 

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用网络分析仪对HL-2A装置LHCD天线阵列子波导间的相位差,子波导间的相对功率和各主波导的电压驻波比等参数进行了测量。用测量值代入程序计算得到的波谱与理论计算的结果进行比较,表明天线发射的波谱与数值计算基本一致,能满足将要在HL-2A进行的LHCD实验。

Studies of internal magnetic fluctuation in the HL-1M tokamak

ZHENG Yong-zhen, DING Xuan-tong, LI Wen-zhong

2005, 25(1):  42-48. 

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The transport of runaway electrons in a hot plasma can be comparatively easily measured in

steady state or perturbation experiments, which provide run away electron diffusivity Dr. The

diffusivity can be interpreted in terms of the magnetic fluctuation level. The runaway electron

diffusion coefficient is determined by internal magnetic fluctuations. The internal magnetic

fluctuations level (b_r/B_T) is estimated to be about (2~4)×10^-4 in the HL-1M plasma. The results

demonstrate the effectiveness of using runaway transport techniques for determining internal

magnetic fluctuations. A profile of the magnetic fluctuation level in the HL- 1M tokamak can be

estimated from D_r.

改善芯部加料效率的新机制研究

邓柏权,彭利林,严建成,王晓宇

2005, 25(1):  49-54. 

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对五种不同组合的固态氢同位素靶丸H₂、HD、D₂、DT和T₂在聚变等离子体中的消融率作了同位素修正。结果表明,由

于这种新机制───同位素效应,引起的靶丸半径烧蚀率修正从氢靶丸的1下降到氚靶丸的 0.487。因而在消融率计算时

是不可忽略的,这些修正可导致更深的靶丸消融物质沉积因而改善芯部加料效率。更重要的是,

考虑到同位素效应后,对ITER的加料困难有适度的减轻。进一步的数值计算工作表明,以低场侧

注入半径r_p0=0.5cm的DT靶丸,同样渗入ITER等离子体100cm,按Kuteev的2D透镜模型,同位素

修正使要求靶丸的初速度从v_p0=24.27×10⁵cm•s^-1减小16.2×10⁵cm•s^-1,而对Parks模型,从v_p0=

8.07×10⁵cm•s^-1减小到5.4×10⁵cm•s^-1。如果从中平面高场侧注入尺寸r_p0= 0.5cm的DT靶丸,当

合并考虑同位素修正和由于消融云内外比压差产生的净垂直极化电流引起的沿大半径方向漂

移后,v_p0可降低到工程技术上比较容易实现的低速 1.73×10⁴cm•s^-1从而可能使靶丸的消融物

质沉积到ITER等离子体中心。

锥形激光等离子体中Compton 散射对电子的加速

郝东山,黄晓东

2005, 25(1):  55-58. 

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应用相对论性电子与光子非弹性碰撞模型和经典相对论电动力学理论,结合锥形飞秒强激光等离子体中的光场特性和静电场能,分析、计算了入射的高能电子束与等离子体中的光子发生多光子非线性Compton散射时对电子的加速效应,发现等离子体中的光场会引起电子加速能量的振荡;等离子体中的静电场降低电子的加速效应。用高能电子束与锥形飞秒强激光等离子体中的光子发生双光子非线性Compton散射,是加速电子最为理想的情况。

HL-2A托卡马克装置真空系统

曹曾,崔成和,徐云仙,付卫东,许正华,刘德权,蔡萧,高霄燕

2005, 25(1):  59-64. 

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介绍了HL-2A装置真空系统研制。它由真空主抽气系统、抽气偏滤器、直流辉光放电清洗系统组成。主抽气系统提供了装置真空室从大气到高真空、烘烤除气、直流辉光放电清洗所需要的抽气能力。抽气偏滤器初步实现了托卡马克放电过程中边缘粒子的抽运与控制;直流辉光放电清洗系统保证了装置良好的真空器壁条件。介绍了这些系统的初步运行情况,并给出了其测试结果。HL-2A装置首轮物理实验运行时真空室极限真空度达到4.6×10^-6Pa,12h总漏放气率为1.8×10^-5Pa•m³•s^-1。

HL-2A装置偏滤器室中性气体压强规

王明旭1,李 波1,杨志刚1,严龙文1,张年满1,廖志清1,严东海1,郭建军2

2005, 25(1):  65-68. 

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研制了一种可工作于强磁场、强干扰环境下的快响应真空电离规(快规)。介绍了快规的结构、

原理、设计梗概和在HL-2A装置偏滤器室中原位测量中性气体压强的实验结果。无磁场时,在

压强1×10^-5~6×10^-1 的范围内,快规的线性度好,H₂压强的测量上限为1.5Pa,He压强的测量上限

为4Pa,覆盖了目前HL-2A装置偏滤器的运行范围;快规处磁感应强度在0.6T左右时,其灵敏度约

提高至无磁场下的3倍。快规的响应时间小于4ms, 并且具有较强的抗干扰能力。

HL-2A偏滤器运行模式的探针测量

洪文玉,严龙文,钱 俊,潘宇东,罗萃文,徐征宇,潘 莉,袁保山

2005, 25(1):  69-74. 

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在HL-2A装置的偏滤器位形运行模式下,用偏滤器靶板上的平面型嵌入式静电探针阵列测量了同一环截面的内外和上下四个中性化板上的电子温度、密度、悬浮电位分布。偏滤器运行模式下的边缘电子温度高于孔栏运行模式下的边缘的电子温度。比较了内外靶板之间的温度不对称性。给出了由18个米尔诺夫线圈信号重建获得的磁分界面,并用强磁场快速电离规测量了偏滤器室的中性气体压强变化。测量结果表明,在偏滤器运行模式下,主真空室中边缘粒子再循环降低,杂质通量水平下降。

强流磁约束金属离子注入源

牟宗信1,龙振湖1,李国卿1,关秉羽2

2005, 25(1):  74-77. 

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设计和制造了适合工业应用的强流金属离子源。离子源的电弧阴、阳电极之间和放电室壁采用永磁体阵列形成导流、屏蔽磁场,改进了电弧的放电特性和提高等离子体密度。离子注入源在加速电压为30kV、50 Hz 条件时,平均束流流强约为30mA,调试结果表明附加磁场提高了离子源性能。

等离子体双频点微波透射衰减诊断法

袁忠才,时家明

2005, 25(1):  78-80. 

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介绍了利用非磁化等离子体中微波在两个相邻波长处的透射衰减值来反推该等离子体频率(从而得到电子密度)和电子碰撞频率的方法───双频点微波透射衰减诊断方法。陈述了利用扫频信号源、标量网络分析仪和宽带喇叭天线等构成的系统对微波衰减测量的过程,对该方法的诊断误差进行了讨论。双频点微波透射衰减诊断法适用于大气压等离子体的初步诊断。