当期目录

2012年 第32卷 第2期    刊出日期：2012-06-15

上一期    下一期

等离子体物理学

Suydam不稳定性的增长率

石秉仁

2012, 32(2):  97-102. 

摘要 ( )   PDF (416KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

证明了用能量原理推导出的关于圆柱等离子体局部模的Suydam不稳定性，对应的动能变化量趋于无穷大，故其增长率趋于零。通过对 Hain-Lust方程求解知道，Suydam不稳定性的真实物理意义是，它对应于一系列低模数的广域不稳定模,其增长率随模数加大而减小。实际上，任何扭曲模分析都一定要正确处理共振面附近的求解问题。提出了不满足Suydam判据时外扭曲模的一个求解方法。

两种正离子的碰撞等离子体鞘层的离子特性

赵晓云1，段 萍2，刘金远3，王春晓1

2012, 32(2):  103-108. 

摘要 ( )   PDF (1196KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

建立了包含两种正离子的碰撞等离子体鞘层的流体模型，通过四阶龙格-库塔法模拟了碰撞对含有两种正离子的等离子体鞘层中的离子密度和速度分布产生的影响。结果表明，对于两种正离子的等离子体来说，鞘层中无论哪种离子与中性粒子碰撞频率的增加，该种离子的密度和速度分布都将呈现波动变化，密度是先增加后降低，速度是先降低后增加；而另一种离子的密度和速度呈单调变化。鞘边正离子的含量越少，受自身与中性粒子的碰撞频率增加，鞘层中该种离子密度先增加后降低的变化位置就越远离等离子体的鞘层边界。同时发现该种离子密度分布受自身碰撞频率增加，降低的幅度变化非常小。另外发现电子碰撞器壁产生的二次电子发射系数对质量较轻的离子影响要大一些。

二维高阶CIP数值方法及其应用

朱廷儒，彭晓东，王 刚，赵小明，唐昌建

2012, 32(2):  109-116. 

摘要 ( )   PDF (1597KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

利用函数及其高阶导数值构造五次插值函数近似网格单元内的真实解，改进数值求解双曲类偏微分方程的CIP数值算法。基于之前的一维高阶CIP数值算法思想，不同于利用时间分裂技术，发展了二维高阶CIP数值算法。改进后的算法具有五阶数值精度和显示格式的优点。

快波少子加热的数值研究

朱学光，丁伯江，匡光力，谢纪康，刘艳丽

2012, 32(2):  117-121. 

摘要 ( )   PDF (745KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

介绍了离子回旋波加热领域研究进展，具体分析了快波少子加热模式转换情况以及影响模式转换分量大小和位置的因素。通过控制波的频率及少子浓度，使得波能够顺利传播到托卡马克等离子体的离子混合共振与截止的区域附近，并转换为离子Bernstein波而被等离子体有效吸收，因而能够改善加热效果。

电漂移对高能离子与新经典撕裂模共振相互作用的影响

何大健，龚学余

2012, 32(2):  122-127. 

摘要 ( )   PDF (747KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

研究了电漂移对通行高能离子与新经典撕裂模(NTM)共振相互作用的影响。利用漂移动力论方法，在求解共振相互作用产生的作用在磁岛上的环向力矩的过程中重新考虑了电漂移的作用。结果表明，在与磁岛运动相关的环向动量平衡中v>0的通行高能离子与v<0的通行高能离子作用恰好相反，当磁岛沿电子抗磁漂移方向传播时，前者趋向于使磁岛传播频率减小，后者趋向于使磁岛传播频率增大，通行高能离子产生的总的环向力矩几乎为零。仅将v>0的通行高能离子所产生的环向力矩带入由环向动量平衡方程和修正的卢瑟福方程所组成的方程组中，数值计算结果表明，描述磁岛旋转频率与宽度随时间做非线性振荡的稳定极限环并不存在。

N₂-Ar射频放电表面氮化的等离子体特性模拟

孙 倩，杨 莹，赵海涛，郝莹莹，张连珠，赵国明

2012, 32(2):  128-132. 

摘要 ( )   PDF (974KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

N₂-Ar射频放电等离子体广泛应用于微电子工业的刻蚀、氮化物薄膜的制备及金属表面氮化等技术领域。开发了N₂-Ar混合气体容性耦合射频放电PIC/MC自洽模

型，模型主要描述了e^-，N₂⁺，N⁺，Ar⁺等主要带电粒子的行为分布。等离子体的碰撞过程分别考虑了带电粒子(e^-，N₂⁺，N⁺，Ar⁺)与基态中性N₂分子和Ar原子

的21种碰撞反应过程。模拟结果表明，在纯N₂及N₂-Ar混合气体容性耦合射频放电中，各种带电粒子的数密度都在等离子体区达到最大值，且氮分子离子为主要

粒子；在N₂容性耦合射频放电中，加入10%氩气时，N⁺平均能量有所增加，在射频电极处两种氮离子(N₂⁺，N⁺)高能粒子所占比例增加。本研究对认识N₂-Ar射

频放电等离子体过程微观机理具重要意义。

可调谐一维三元磁化等离子体光子晶体禁带特性研究

章海锋1, 2，郑建平2，朱荣军2

2012, 32(2):  133-139. 

摘要 ( )   PDF (12933KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

在理想条件下，为了研究等离子体参数、填充率、入射角度和介质层相对介电常数对一维三元磁化等离子体光子晶体的禁带特性的影响，用由传输矩阵法计算得到的TE波任意角度入射时的左旋极化波(LCP)和右旋极化波(RCP)的透射系数来研究其禁带特性。结果表明，仅增加等离子体碰撞频率不能实现禁带宽度的拓展，改变等离子体频率、填充率和介质层的相对介电常数能实现对禁带宽度和数目的调谐。改变等离子体回旋频率能实现对右旋极化波的禁带的调谐，但对左旋极化波的禁带几乎无影响。入射角度的增大使得禁带低频区域带宽变大，而高频区域带宽则是将先减小再增大。

DⅢ-D高性能运行参数下的离散阿尔芬本征模

王一如，胡双辉，姚龙宝，陈淑平

2012, 32(2):  140-147. 

摘要 ( )   PDF (1594KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

采用本征模式的数值打靶方法研究了离散阿尔芬本征模在DⅢ-D高性能运行条件下的物理特性，包括负磁剪切位形、高性能加热、正反中性束注入、内部输运垒以及高自举电流和甚高约束运行状态对这种阿尔芬模式的影响。在DⅢ-D托卡马克装置负磁剪切位形及先进运行状态实验参数下这些离散阿尔芬本征模存在于宽的径向区域，且具有广泛的本征频谱；高性能加热、同向中性束注入以及内部输运垒的存在有利于产生多个较深的气球模驱动势阱，由之得以很好地形成这种阿尔芬束缚态本征模；在高自举电流和甚高约束运行条件下这些离散阿尔芬本征模束缚态能够在更广的径向区域存在，且可具有较高的本征频率。另外，参照DⅢ-D装置放电实验数据的时间演变情况，这些离散阿尔芬本征模能在很宽的运行参数范围内出现，使之成为该类大型托卡马克实验中可能广泛存在的潜在不稳定性。

Compton散射对等离子体中激光衰减特性的影响

孙甫照，郝晓飞，郝东山

2012, 32(2):  148-152. 

摘要 ( )   PDF (495KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

应用多光子非线性Compton散射模型，研究了Compton散射对等离子体中激光衰减特性的影响。提出了Compton散射是影响激光衰减的一个重要机制，给出了激光能量和功率衰减值的表达式，并进行了数值模拟。结果表明，Compton散射对等离子体中传输的激光能量和功率衰减值有较大影响，理论计算和数值模拟符合得很好。这也为判断等离子体中发生Compton散射提供了依据。

核聚变工程技术

HL-2M欧姆测试线圈的水冷计算优化

江嘉铭，刘德权，李广生，颉延风，邹 晖，蔡立君

2012, 32(2):  153-157. 

摘要 ( )   PDF (2873KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

利用ANSYS CFX有限元程序建立了HL-2M欧姆测试线圈和冷却水模型，应用热传导和对流换热方程建立了流固边界层，对线圈的温升和冷却进行了流固耦合计算。计算结果表明，线圈由焦耳热引起的最高温升与电流密度、等效放电运行时间有关，而冷却水流量对最高温升影响较小，冷却水流量主要决定线圈的冷却时间间隔的长度，欧姆测试线圈的最长冷却时间间隔为5min。

HL-2A等离子体密度反馈控制系统研制

高霄雁，田培红，崔成和，蔡 潇

2012, 32(2):  158-164. 

摘要 ( )   PDF (2609KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

介绍了HL-2A等离子体密度反馈控制系统的设计和实现。从密度反馈控制系统的设计原理、硬件设计和软件设计几方面，论述了等离子体密度反馈系统在HL-2A装置上的实现。实验证明，该系统实现了维持稳定可靠的密度波形的要求。

基于IGBT的SUNIST欧姆场电源系统

杨桂香1，谭 熠2，龚学余1，彭晓炜1, 2，高 喆2，SUNIST组2

2012, 32(2):  165-170. 

摘要 ( )   PDF (3426KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为充分利用SUNIST球形托卡马克欧姆场的双向磁通，延长等离子体电流平顶时间，对欧姆场的电源系统进行了改造。提出了一种基于多个IGBT并联大电流低频开关的H桥双向放电电路，研发了该双向放电电路的核心元件——3kV/10kA级的IGBT并联大电流开关。对单相电容准恒流充电电路与三相桥式电容换流充电回路进行了研究，合理地确定了双向放电主回路中两组储能电容器C1和C2的充电系统。经过安装、调试以及初步试验，在欧姆场线圈中得到了从正10kA到负6kA的双向放电电流，等离子体电流波形也有明显改善。

EAST快控电源载波移相分析

唐柯, 高格, 刘辉, 吴义兵

2012, 32(2):  171-176. 

摘要 ( )   PDF (2060KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

EAST装置的快控电源是用来维持等离子体在垂直方向稳定性的，由H桥逆变电路组成。为了增加电平数，使快控电源安全平稳地进行，可以采取载波移相的方法。利用双重Fourier变换，讨论了PWM的特点，分析了载波移相的原理。研究了输出电压电平数与调制比的关系，对不同调制比下的输出电平数做了仿真分析。并且提出了一种同时增加电平数和消除谐波的新调制方法，通过MATLAB仿真验证了分析结果的正确性。

四极质谱计的氦氘分辨性能实验

黄向玫，曹 曾，蔡 潇，许正华

2012, 32(2):  177-182. 

摘要 ( )   PDF (1671KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

利用一套四极质谱气体分析与测试系统，开展MicroVision Plus四极质谱计的氦(He)、氘(D₂)分辨性能实验。分别向分析室送入He和D₂，记录质谱图，得到质量刻度和分辨率等信息。He⁺峰位为(4.0022±0.0006)amu；D₂⁺峰位为(4.0246±0.0006)amu。在10^-6～10^-4Pa的分压范围，观察到He和D₂的分辨率随其分压强的增大而减小。在10^-7Pa•m³•s^-1的He漏孔条件下，调节D₂送气量，He⁺/D₂⁺分压峰值比在10^-1量级可以分辨出He。

等离子体应用

超短超强激光与等离子体相互作用中背向产生的离子能谱

陈晓旭，唐翠明，洪伟，谷渝秋，王光昶

2012, 32(2):  183-186. 

摘要 ( )   PDF (1269KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

实验研究了超短超强激光与7μm薄膜Cu靶的相互作用中靶背法线方向产生的质子和碳离子的能量分布。实验中采用CR39和Thomson磁谱仪相结合测量质子和碳离子能谱。实验中观察到了质子和C^4＋、C^3＋、C^2＋和C^1＋离子。实验结果表明：离子沿着靶背法线方向发射，离子在一定能量处出现截断；质子的产额远远高于碳离子产额；C^4＋、C^3＋、C^2＋和C¹⁺最大截止能之比约为4:3:2:1。

等离子体射流特性分析

查柏林，江 鹏，袁晓静，乔素磊，黄定园

2012, 32(2):  187-192. 

摘要 ( )   PDF (4390KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

通过构建等离子体数字测控系统，测量了等离子体发生器不同工况下的工作参数，包括工作气体流量、冷却水温升、弧电压与弧电流等。运用能量平衡原理，计算了等离子体发生器出口射流平均焓值、平均温度及其分布。结果表明，在等离子体发生器的出口处，射流温度呈抛物线分布，增加主气气体流量，射流焓值与温度呈下降趋势，而添加氢气为辅助工作气体时，射流焓值与温度将会得到显著提高。