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2010年 第30卷 第2期    刊出日期：2010-06-15

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等离子体物理学

HL-2A装置SDD软X射线PHA阵列实验结果

张轶泼，刘 仪，杨进蔚，宋先瑛，李 旭，袁国梁，潘传红

2010, 30(2):  97-102. 

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用软X射线脉冲高度分析(PHA)阵列系统获得了等离子体的电子温度剖面和电子速率分布的时间演化。测量结果表明，电子温度剖面在OH阶段较平缓，接近抛物线1.0×[1-(r/a)²]²分布；而在ECRH(功率0.8MW)阶段，等离子体中心(z＝0)电子温度上升了0.6keV，边缘(z＝30cm)处只上升了0.1keV，反映出ECRH功率沉积在等离子体中心区域；在ECRH期间有大量的高能电子产生，因而电子速率分布在ECRH期间显著改变；等离子体中心的高能电子的数量和能量都比等离子体边缘的增加更大，ECRH(～0.8MW)期间等离子体中心(z＝0)产生的高能电子的能量可达17keV。分析表明：在ECRH(纵场B_t=1.3T)放电期间，ECRH加热效果显著，ECRH的功率主要沉积在等离子体中心附近；电子温度剖面在ECRH阶段较OH阶段峰化；ECRH期间有大量的高能电子产生，电子速率分布被改变成为非麦克斯韦分布。

双色滤波器在远红外激光干涉仪上的应用

郑 灵，周 艳，邓中朝，易 江，李永高，李连才

2010, 30(2):  103-107. 

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介绍了用于保护HL-2A装置远红外激光干涉仪探测器的双色滤波器。根据双色滤波器理论优化设计了双色滤波器的外型和结构，并首次用于HL-2A远红外激光干涉仪密度测量系统。实验结果表明，当双色滤波器长度l=0.2mm，直径d=0.23mm，孔之间的间隔s=0.33mm时，双色滤波器能够很好地隔离68GHz的ECRH波带来的干扰，并对890GHz的HCN激光波有较好的透过率。

SAS系统在HL-2A能量约束数据分析中的应用

徐 媛，崔正英，O J W F Kardaun，季小全，董春凤，杨青巍

2010, 30(2):  108-114. 

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利用HL-2A装置实验数据，初步建立了面向ITERL DB2.0版本的能量约束数据库，采用了统计分析系统(SAS)对HL-2A约束数据进行了分析和评估，开展了能量约束时间对密度的定标律研究，并得到了初步结果。最后通过与ITER定标律和原ASDEX数据的比较，对HL-2A装置上L-模约束品质和欧姆加热条件下斯必泽电阻率对温度的依赖关系进行了讨论。

HT-7装置线积分信号的快速空间反演方法

杨建华，高 翔，胡立群，吴振伟

2010, 30(2):  115-121. 

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介绍了一种通过线积分测量数据来快速重建等离子体参数的算法。该算法基于Radon反演定理，通过级数展开与最小二乘原理的方法来得到等离子体参数在托卡马克小圆截面上的Radon变换，最后由Radon逆变换公式给出等离子体参数的空间分布。应用这种算法研究了HT-7装置交流放电实验的软X射线在电流正负半周期空间分布的非对称性现象。

FCI结构及其电导率对MHD效应影响实验研究

许增裕，潘传杰，张秀杰，赵 丽，张 键，杨国骥

2010, 30(2):  122-126. 

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实验研究了通道插件(FCI)压力平衡孔(PEH)和压力平衡狭缝(PES)结构、绝缘和非绝缘材质对磁流体动力学(MHD)效应的影响，结果表明：带PEH或PES、绝缘或非绝缘材质的FCI产生的流速分布有很大的差异；对MHD压降而言，FCI结构PEHs或PES差异的影响大于FCI绝缘或非绝缘材质差异引起的影响；对流速分布而则刚好相反。二次流引起的局部流速骤增的MHD效应(简称为S-MHD效应)对控制管道内流速分布和降低MHD压降有作用，这些实验结果为弄清FCI的MHD效应机制和液态金属包层设计提供了实验认知与有价值的参考。

Compton散射对固体中激光能量与光声信号强度关系的影响

郝晓飞，姚巧鸽，郝东山

2010, 30(2):  127-130. 

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应用光声理论、相对论量子理论和电子与多光子集团非线性Compton散射模型，研究了Compton散射对掺杂固体中光声信号强度的影响。结果表明，当掺杂固体中发生电子与多光子集团之间的多光子非线性Compton散射时，在忽略光声转换效率的变化和基质晶格对介电函数贡献的情况下，耦合激光能量和磁感应强度是影响光声信号强度的两个主要因素，其中耦合磁感应强度起主导作用。Compton散射使光声信号强度随耦合光的磁感应强度和能量的增大而迅速增大。能量与光声信号声压之间存在对数线性关系，但它相对于Compton散射前的曲线下移。

N₂空心阴极放电向微空心阴极放电转变的PIC/MC模拟

张连珠，孟秀兰，田中涛，高书霞，赵书霞

2010, 30(2):  131-137. 

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开发了氮空心阴极放电PIC/MC二维自洽模型。研究了N₂传统空心阴极向微空心阴极放电转变过程中电势和电场的变化。结果表明，不同尺寸的空心阴极放电的电势及电场分布规律几乎类似，但空心阴极孔径减小且气压增加时，电场近似线性增加；典型微空心阴极电场比传统空心阴极放电电场约大3个量级；微空心阴极放电产生的电子，氮分子离子和氮原子离子的密度比传统空心阴极放电约大3个量级，且微空心阴极放电中，N₂⁺密度比N⁺密度大8倍以上。

渐近保持PIC算法在等离子体粒子模拟中的应用

孙安邦，毛根旺，Degond P，Deluzet F，Navoret L，Vignal M-H

2010, 30(2):  138-142. 

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针对准中性Vlasov-Poisson系统中多尺度物理参数共存的问题开展研究，采用渐近保持格式推导出与Vlasov方程相耦合的Poisson方程。数值模拟了一维等离子体在真空中的膨胀，比较了渐近保持PIC算法与传统PIC算法模拟结果的异同。结果表明：两种算法在满足多尺度中小尺度量限制的前提下，其结果保持高度一致；且在克服小尺度量束缚时，渐近保持PIC算法依然可以正确地模拟等离子体的物理行为，大大节省了计算时间。

核聚变工程技术

HL-2A装置低杂波天线3-dB功分器设计

曾 浩，白兴宇，陈罡宇，卢 波

2010, 30(2):  143-147. 

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基于微波奇偶模理论、叠加原理和阻抗匹配理论分析设计了3-dB功率分配器的结构参数，使用高频电磁场仿真软件HFSS进行结构仿真和参数优化，得到了最优结果：输入端口1的反射损耗RL=-41.42dB；1和4端口的隔离度Iso=-44.86dB；输出端口2、3的功分度为-3.02 dB和-3.01 dB；输入驻波比VSWR=1.017。

ITER超导股线的力学性能测试

刘 勃，武 玉，刘 方，龙 风

2010, 30(2):  148-151. 

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介绍了Pacman装置的设计原理，用Pacman装置测量了OST公司通过内锡法工艺制备的Nb₃Sn超导股线在12T，4.2K条件下单轴方向的临界电流与应变的关系，应变的范围在-0.8%～+0.6%。用偏量比例模型模拟了临界电流与轴向应变之间的规律，分析了随应变的改变n值的变化，得出了Nb₃Sn超导股线对应变的敏感程度。

ITER纵场磁体超导母线电磁结构分析

王志滨，宋云涛，王忠伟，李长春，戢 翔

2010, 30(2):  152-156. 

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阐述了ITER纵场磁体超导母线及其支撑结构设计。运用有限元算法，对工作状态下的超导母线进行电磁结构耦合分析，并对超导母线的应力及变形进行校核，从而验证了纵场磁体超导母线及其支撑结构的安全可靠性，为进一步的详细设计提供了依据。

EAST装置低杂波电流驱动效率分析

李文科，丁伯江，李妙辉，查文清，胡怀传

2010, 30(2):  157-161. 

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在EAST上通过分析剩余环电压与低杂波功率之间的关系，计算得到了低杂波电流驱动效率。采用归一化功率，即功率对等离子体电流、电子密度、等离子体大半径以及有效电荷数归一化，将所有数据绘制在同一曲线中，这样可以得到不同等离子体参数下的低杂波电流驱动效率。实验得到低杂波电流驱动效率η₀=(0.5~1.3)×10¹⁹ A.m^-2.W^-1，在等离子体电流I_p=277kA、低杂波功率P_LH=681kW条件下，实验得到长达3s的低杂波全波驱动。

FAIR收集环二极超导磁体电流引线的概念设计

朱银锋，吴维越，刘常乐

2010, 30(2):  162-165. 

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阐述了FAIR收集环二极超导磁体电流引线的基本原理，给出了电流引线的主要参数及初步设计方案，提出了使用复合材料和通过结构优化以减小电流引线的漏热，并根据电流引线的传热特性进行了漏热的分析和计算，实验结果验证了概念设计的可行性。

EAST外杜瓦泄放保护装置中爆破片的分析研究

盛道林，武松涛，朱银锋

2010, 30(2):  166-168. 

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在外杜瓦系统上设置了爆破片装置，借助大型有限元分析程序ANSYS，对爆破片和托架进行了分析，所得结果与实验结果良好吻合，为同类装置的过压泄放提供了有益的参考。

等离子体应用

非平衡磁控溅射等离子体频谱特征

牟宗信，牟晓东，贾 莉，张鹏云，刘升光，董 闯

2010, 30(2):  169-172. 

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利用朗缪尔探针和快速傅里叶变换研究了非平衡磁控溅射等离子体静电波动的驻波共振频谱特征。频带宽度为0~300kHz，典型放电条件下磁控靶前2cm和10cm两个位置的共振本征频率变化范围分别为10~50kHz和1~10kHz，研究了线圈电流、气压和放电功率等参数对共振本征频率的影响；指出了非平衡磁控溅射中能够导致等离子体静电驻波共振的两种势阱结构，提出驻波共振机制解释特征频率出现的原因，根据声驻波共振机制计算的电子温度数值符合实验的结果。

纳秒脉冲等离子体射流的产生及其特征研究

朱海龙，任春生，吕晓桂，聂秋月，王德真，马腾才

2010, 30(2):  173-177. 

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利用纳秒脉冲放电在单针、环状、以及单针加环状三种不同电极结构下产生了均匀稳定的等离子体射流；通过光学和电学诊断研究了三种不同结构下等离子体射流的运行特性及相应的物理机制。实验结果表明，以上三种等离子体射流的转动温度均为295K，振动温度分别为1900K，2000K和2100K，都属于非平衡态等离子体；其中，基于单针和环状电极的混合型射流可产生更为均匀稳定的等离子体，且富含较多的活性物种，有望在材料表面处理及消毒灭菌等领域发挥一定作用。

射频等离子体制备球形钨粉研究

古忠涛，叶高英，刘川东，童洪辉

2010, 30(2):  178-182. 

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采用射频(RF)等离子体对颗粒形状不规则的钨粉球化，研究了加料速率和钨粉分散方式对球化率的影响。通过用电子扫描显微镜(SEM)观测得到的被球化粉末的百分比评估了球化效率。通过对球化处理的钨粉的X射线衍射谱(XRD)的检测，验证了在球化过程中无氧化发生和其它杂质介入。当钨粉以极短暂时间(约几毫秒)快速穿越等离子体炬时，钨粉颗粒因受热而熔化成液滴，快速冷却后，形成致密的球形固态颗粒。

旋转喷嘴鼓泡法提取液态锂铅合金中的氢

谢 波，杨通在，官 锐，翁葵平

2010, 30(2):  183-188. 

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模拟了锂铅合金中氚提取技术，在采用流体力学建立代数模型的基础上，开展了旋转喷嘴鼓泡法提取锂铅合金中氢的研究。研究结果表明：锂铅熔融温度越高，氢提取累计效率越高；鼓泡床气含率受叶轮孔径影响不大，只是在较高的氦气流速下，采用小孔径时的气含率略高于大孔径，但孔径越小，气泡比表面积越大；随着氦气流速的增加，液态锂铅流循环强度明显增加，氢提取速率加快；喷头转速对氢提取影响有限。

脉冲偏压占空比对多孔氧化硅薄膜性质的影响

杨沁玉，刘 磊，丁 可，张 菁，王庆瑞

2010, 30(2):  189-192. 

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采用由脉冲负偏压调节的等离子体增强化学气相沉积方法，以硅烷为源气体，在玻璃基片上沉积得到了多孔二氧化硅薄膜。将反应过程中加在沉积区域的脉冲偏压固定在-350V，当占空比从0.162增大到0.864时，薄膜样品的形貌、成份和结构均不相同。扫描电镜照片表明，组成多孔氧化硅薄膜的颗粒在占空比增大时变得细腻，并且薄膜整体变得多孔且蓬松。拉曼光谱和红外光谱结果显示，薄膜样品中的非晶硅和Si-H键在较高的占空比下减弱甚至消失。占空比升高时氧化硅桥键所占比例持续增加。