当期目录

2012年 第32卷 第3期    刊出日期：2012-09-15

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等离子体物理学

EAST不同密度剖面下中性束注入模拟研究

王 骥1, 2，胡纯栋1, 2，吴 斌2，王进芳2

2012, 32(3):  193-198. 

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中性束注入是等离子体加热和电流驱动的重要方式之一，对EAST中性束注入的精确模拟对未来物理实验至关重要。采用ONETWO和NUBEAM程序模拟4MW、80keV中性束同向注入，不同的等离子体密度剖面导致不同的电子和离子加热、穿透功率损失、束驱动电流以及中子发射等。等离子体密度在以上的物理参数的演化中起着重要的作用。对EAST两种密度方案下中性束注入的效果进行了分析和讨论，并对未来中性束实验提供了一些预言性的建议和方案。

基于FLUENT的二维感应耦合等离子体炬数值模拟

朱海龙，童洪辉，叶高英，陈伦江

2012, 32(3):  199-205. 

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将等离子体作为磁流体，考虑其流体属性和电磁属性，介绍了利用FLUENT软件包并将其进行二次开发，解算电磁场方程、质量连续性方程、动量守恒方程、以及能量守恒方程的数值模拟方法，得到了以磁矢势为表达形式的电磁场分布、温度分布和速度分布。数值模拟了粉末球化所用的感应耦合等离子体炬电磁场分布、温度分布、速度分布。分析了温度分布、速度分布产生的物理原因，为感应耦合等离子体炬球化粉末颗粒提供理论性指导。

N₂射频放电带电粒子(e, N₂⁺, N⁺)的PIC-MC模拟

杨 莹1，付东儒1，张连珠2

2012, 32(3):  206-212. 

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采用PIC-MC自洽模型，模拟了氮气电容性耦合射频放电的微观等离子体过程及带电粒子(e，N₂⁺，N⁺)的行为。结果表明，离子(N₂⁺，N⁺)的运动状态滞后瞬时射频电场的变化；在两极附近，N₂⁺具较高密度，但能量较低，N⁺具较低的密度但能量较高，两者的密度差6倍左右。两种离子轰击射频电极的能量分布变化规律类似，随放电参数变化，离子(N₂⁺，N⁺)能量变化显著，其密度变化不明显。模拟的电子能量几率分布与测量结果一致。

提高HT-7放电平顶阶段等离子体密度对逃逸电子的影响

竹锦霞1，段卓琦2，朱 俊2，方 达2，陈忠勇2

2012, 32(3):  213-217. 

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利用硬X射线探测系统监测HT-7托卡马克装置中逃逸电子轰击到装置第一壁材料时所产生的高能硬X射线，研究了在放电平顶阶段提高等离子体密度对逃逸电子行为的影响。实验结果表明，通过提高放电平顶阶段等离子体密度，HXR强度迅速降到很低的水平，这意味着能有效减少这个阶段形成的逃逸电子的数目及能量。

直流双阳极电弧等离子体炬的数值模拟

陈伦江，唐德礼，朱海龙

2012, 32(3):  218-223. 

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为了提高等离子体废物处理效率，根据磁流体动力学理论，利用计算流体力学软件FLUENT，采用磁矢量势的方法对直流双阳极非转移型电弧等离子体炬进行了二维轴对称数值模拟。计算中采用了SIMPLE算法。数值模拟得到了等离子体的温度、速度等分布。结果表明，等离子体的温度随着轴向距离的增加而减小，随弧电流增加而增加；其速度随着轴向距离的增加而先增大后减小，随弧电流增加而增加；等离子体炬出口处的温度和速度随着径向距离的增加而减小。这些结果与实验结果基本相符。

核聚变工程技术

HL-2M装置环向场线圈馈线杂散磁场的优化

黄忠发，李 强，李广生，江嘉铭，刘 建，蔡立君，岑义顺

2012, 32(3):  224-229. 

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通过采用控制变量法，调整引线外弧段半径、回线内外弧段半径及回线与TFC间隙等参数，使HL-2M装置的TFC馈线系统在等离子体区域产生的最大杂散磁场降为3.69×10^-4T，同时初步评估了馈线在一次放电后的绝热温升，为馈线是否需要冷却提供依据。最后在优化馈线位形参数后，对馈线的支撑和连接形式进行了初步的定性分析和讨论。

四极质谱计气体分析与测量系统的研制

蔡 潇，曹 曾，黄向玫，许正华，崔成和，高霄雁

2012, 32(3):  229-234. 

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介绍了为开展漏孔检测、氘-氦分辨性能及真空检漏技术等相关实验研究而进行的四极质谱计分析与测量系统的研制，描述了真空室结构、抽气设备的选型、测量仪器的选择及控制保护子系统工作方式。对系统进行了包括极限真空、残余气体质谱分析、漏放气率、质谱计性能等测试，结果表明本系统达到了设计要求。

等离子体破裂时EAST真空室的电磁和结构分析

黎 俊，徐薇薇，宋云涛，戢 翔

2012, 32(3):  235-239. 

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用ANSYS有限元软件计算了等离子体破裂时真空室上的涡流、电磁力和应力。有限元模型包含了基本的第一壁部件，以更加准确地研究真空室在瞬态电磁力作用下的结构强度。结果表明，高场侧靶板和内靶板带给真空室较大瞬时应力，但真空室的结构强度仍然满足强度要求。分析可校核和改进第一壁部件的结构设计。

EAST等离子体辐照对第一镜光学特性的影响研究

鄢 容，陈俊凌，朱大焕，刘 洋

2012, 32(3):  240-245. 

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2010年春季对安装在EAST抽气、硼化和限制器等所在的不同窗口的不锈钢、钨、钼等三种金属第一镜样品进行辐照实验，以初步研究等离子体辐照对第一镜光学特性的影响。辐照后，样品表面出现明显杂质沉积层，沉积层导致第一镜光学特性严重恶化。因此，对第一镜安装有效的保护装置以屏蔽杂质沉积，或应用第一镜原位清洗技术是必要的。

EAST无功补偿系统低频谐振研究

李 敏，许留伟

2012, 32(3):  246-249. 

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EAST电源系统包含一套由固定电容器和晶闸管控制电抗器(TCR)组成的无功补偿系统。为防止并联谐振影响EAST实验及电网安全，研究了EAST无功补偿系统与10kV电网分布电感之间的低频谐振。分析表明，在TCR投入量不断变化时，系统的低频谐振点在2.04~2.24之间， EAST电源产生的二次谐波电流被放大后在国家标准允许范围内。MATLAB和PSCAD对整个系统的仿真结果验证了上述结果的正确性。

ITER馈线S弯结构的应力分析和优化设计

徐薇薇，宋云涛，路建武，王忠伟，程 勇，刘旭峰

2012, 32(3):  250-254. 

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根据能量方法原理，通过单位力法和卡氏定理分析方法，理论计算得出了给定位移变形条件下沿S弯的弯矩、应力分布。分析表明，沿S弯结构的应力主要由热收缩变形产生，但重力影响也不可忽略，考虑重力影响后沿S弯最大应力较不考虑重力时增大了10%。根据该理论原理编程计算发现，在S弯高度受限的条件下，圆弧段半径越小，结构最大应力越小，实际设计中可根据强度要求结合加工工艺选择合适的圆弧半径。该分析方法为有效优化结构设计提供了理论指导。

电极环对离子加热温度的影响

沈武林，马志斌，谭必松，吴 俊，汪建华

2012, 32(3):  255-259. 

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在非对称磁镜场微波ECR等离子体中引入了磁电加热系统，研究了电极环大小、轴向位置以及双环加热对离子温度的影响。结果表明，大小合适的电极环能有效提高离子的加热温度，且最优电极环尺寸主要取决于离子回旋半径。电极环轴向位置的选择主要与磁镜场位形有关，将电极环置于磁镜场中部的弱磁场位置时最有利于离子温度的提高。采用双电极环加热能进一步提高离子温度，并且其加热效果是单环加热的两倍。

等离子体应用

工件靶台复合加速离子注入系统中的靶台偏压效应

朱宗涛1，巩春志1，汪志健1，田修波1，杨士勤1，Ricky Fu2

2012, 32(3):  260-264. 

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采用PIC/MCC模型，通过数值模拟的方法研究了束线离子和靶台复合加速离子注入过程中靶台偏压大小对注入过程离子动力学行为的影响，重点考察了不同偏压作用下离子的注入能量、注入剂量、注入角度以及注入范围的变化。结果表明，靶台上施加脉冲偏压后，在束流离子的作用下空间电荷分布发生变化，束流正下方的电势线会发生凹曲，凹曲的电场同时又作用于空间中的带电粒子，影响粒子的运动；靶台偏压越高，零电势线距离靶台越远，靶台电场对离子的作用范围越大。离子的注入剂量、注入能量随着靶台偏压的增大而增大，而偏压对离子注入角度的影响并不大，大部分离子都以垂直入射的方式注入到靶台表面。另外，离子注入到靶台上的面积会因束流离子在靶台电场中飞行偏转而增大，并且偏压越大注入面积增大越明显。

等离子体提高螺旋桨桨根翼型气动性能的仿真研究

程钰锋，聂万胜，车学科

2012, 32(3):  265-271. 

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基于介质阻挡放电等离子体体积力气动激励机理，数值研究了两种等离子体流动控制方案对螺旋桨桨径根部处于负攻角工况下叶素气动性能的改善效果。结果显示，激励器布置在下翼面时等离子体体积力大于其布置在叶素前后缘时的情况；激励器布置在下翼面时，可抑制流动分离，使得螺旋桨桨根部位叶素产生更大的负拉力，但会减小螺旋桨的扭矩；激励器布置在前后缘时，会使螺旋桨根部叶素拉力增大，提高螺旋桨总拉力，但不能抑制流动分离，所以会增大螺旋桨的扭矩。

介质阻挡放电等离子体与重油反应的研究

于 红1，凌 伟1，赵 明2，王杰祥2，刘彦民1

2012, 32(3):  271-277. 

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分别采用空气、氩气大气压介质阻挡放电(DBD)等离子体对重油进行了处理。对经空气DBD等离子体处理后的重油进行粘温特性分析，发现重油粘度升高，流动性变差。红外光谱和四组分分析结果表明重油的重质组分含量升高，重油胶体体系被破坏，同时生成大量刺激性气味气体。为了便于分析气态产物的成分和含量，采用大气压氩气DBD等离子体处理重油并收集气体产物。气相色谱分析发现生成气中含有大量C₁-C₅的烃类和一定量氢气，其中氢气和甲烷含量占生成气的70%以上。实验结果表明重油在等离子体作用下既发生裂解又发生聚合反应，既生成低碳烃类，本身的流动性也变差。

MPCVD中甲烷等离子体发射光谱研究

郑晓毅，徐 伟，吴智量，许百如

2012, 32(3):  278-282. 

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在微波化学气相沉积装置上采用微波激发氢气甲烷体系等离子体，通过光学多道分析仪采集等离子的发射光谱。实验表明，甲烷在等离子体中的裂解产物主要以CH，CH^-，C₂ 基团的形式存在。这些基团的发射光谱强度主要受放电压强和放电功率的影响。随着微波功率的增加甲烷基团发射光谱强度呈增长的趋势；而随着放电压强的增加则是先增大，后减小。这些实验结果对于理解微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)中各种反应过程，调整薄膜制备工艺提供了参考。

低温介质阻挡放电线状等离子体射流

史丹丹，黄晓江，钟方川

2012, 32(3):  283-288. 

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设计建立了同轴圆柱介质阻挡放电线状射流装置，并利用其实现了宽度为50mm的大尺度线状射流，并对射流长度随放电参数的变化进行了研究。研究发现，随气压、流量的增加，射流长度呈先增加后达到饱和；随激励电压的增加，射流长度增加。对氮气射流等离子体进行发射光谱诊断，表明氮气等离子体中主要是氮分子和少量氮原子，并利用光谱拟合得出射流的温度范围为290~350K。