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2013年 第33卷 第3期    刊出日期：2013-09-15

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等离子体物理学

托卡马克二维局部模的第三类气球理论

章扬忠1，谢 涛2

2013, 33(3):  193-199. 

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采用二维气球表象，在已有第一类和第二类气球理论的基础上，构造了第三类气球理论。与第一类气球理论相比，扩展了后者因受可解性条件限制的适用范围；与第二类气球理论相比，因容纳了“坏曲率”效应而获得具有更高增长率的解，故与采用初值数值模拟方法所得的结果更具可比性。本文以流体型离子温度梯度模为例，用第三类气球理论求解了二维本征值问题，计算了所选剖面参数下的本征频率和模式结构，并与前两种理论所得的结果进行了比较和讨论；也讨论了该理论对实现托卡马克高约束的意义。

核磁矩的磁性热力学函数的统计热力学计算

朱正和1，罗德礼2，冯开明3

2013, 33(3):  200-205. 

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由配分函数计算氚核、氘核和中子n在磁场2T和温度为1、50、100和150K时的能量E、磁极化M、焓H、熵S和吉氏函数G。计算指出，由于核磁子μ_N 仅为玻尔磁子μ_B 的 10^-3，所以，热核等离子体系统很难达到磁饱和。同时，磁场对系统做功是不可忽视的。

Blob在托卡马克SOL中的传播行为研究

许健强，彭晓东

2013, 33(3):  206-213. 

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对托卡马克等离子体刮离层(SOL)中特殊的密度相干结构blob 的传播行为进行了数值研究。考虑到 模型中静电势假设φ <<1 与计算结果不自洽，故对现有的blob 动力学模型进行了改进。结果表明，blob 在传播过 程中会出现极向密度不对称的分布，并初步分析了密度不对称情况出现的原因。当初始blob 强度增大时，其质心 速度增加，而偏滤器靶板附近的等离子体鞘层耗散将导致其速度降低，更为重要的是这种耗散较强时将导致一种 密度低于本体等离子体密度的新的相干结构，即所谓hole 结构的产生。

托卡马克中电子回旋波与低杂波协同电流驱动的负效应机制

陈少永1，洪斌斌1，杨 文1，2，唐昌建1，张新军3

2013, 33(3):  214-218. 

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揭示了电子回旋波与低杂波协同驱动的净增协同电流与波注入功率之间所呈现的非线性关系。结果发现，当低杂波功率较低时，净增电流将随回旋波功率增大而减小甚至于变成负值，本文将此现象定义为双波驱动的负效应，并首次对其进行了相关的物理研究。研究表明，回旋波引起低杂波功率沉积剖面峰化和捕获电子效应是导致负效应的两个主要原因。目前的研究有助于深入理解双波驱动物理以及设计相关实验，并为相关的实验设计提供依据。

氢原子在第一壁材料铍表面散射行为的分子动力学模拟

田树平1，曹小岗1，张静全2，潘宇东3，苟富均1

2013, 33(3):  219-225. 

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采用分子动力学方法模拟了H原子在Be表面的散射。模拟结果表明，在入射能量为1、3、5、7和9eV时，H原子散射率随着入射角度的增加而增大。在垂直入射角度时，散射率随着入射能量增加而线性减小。入射能量为1eV时，所有氢原子为接触Be表面就发生散射；当入射能量为5eV时,垂直入射及45°入射的氢原子中大约14.7%粒子注入到表面以下，而85°入射的氢原子则全部发生散射；当入射能量为9eV时，35.8%的氢原子在表面向下1、2层原子间发生散射，且能量越大，入射的深度越深。此外，还分析了散射氢原子密度分布和平均能量分布随散射角的变化关系。

混合物Thomas-Fermi方程组的求解研究

孟东原1, 2，张玲玉1, 2，闫雪松1，林 平1, 2

2013, 33(3):  226-230. 

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给出了一种可以方便快速求解特定温度密度下描述混合物电子物态的Thomas-Fermi(TF)方程的打靶法方法。该方法采用了步长减半搜索的办法，通过对解的初值及初始步长的合理选取以及对某种发散情况的处理，使得该方法可以在任意温度密度范围内求解混合物TF方程。通过对结果的分析验证了Thomas-Fermi模型符合基本物理规律。

核聚变工程技术

HL-2M装置实时等离子体平衡重建算法

毛 瑞，李佳鲜，马 瑞，张锦华

2013, 33(3):  231-238. 

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利用模拟得到的平衡数据进行了等离子体平衡重建，将结果与准确的平衡结果进行细致对比，验证实时等离子体平衡重建程序的准确性；同时在模拟产生平衡数据的过程中引入随机误差，验证反演程序的强壮性。此外，实时等离子体平衡重建程序还使用EAST装置的实验数据进行反演，将反演结果与EAST的RTEFIT反演结果对比，验证了单一时间平衡重建结果和连续时间反演结果的正确性。结果表明，选择合适的电流分布模型和磁诊断数据，通过等离子体平衡重建算法可以正确识别等离子体位形。

HL-2M磁测量系统信号误差分析

马 瑞，张锦华，李佳鲜

2013, 33(3):  239-243. 

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为判断HL-2M磁测量系统信号允许的误差范围，假设HL-2M装置上磁探针和磁通环的测量值误差服从正态概率分布，采用EFIT程序对有误差的输入信号进行了反演运算。分析结果表明，把测量误差控制在4%以内，EFIT反演运算能够得到较好的等离子体位形。

EAST装置上远红外激光干涉仪密度测量的改进

沈 洁1，揭银先1，刘海庆1，魏学朝1，王正兴1，高 翔1, 2

2013, 33(3):  244-250. 

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三道远红外激光干涉仪被用来测量EAST托卡马克装置中的弦平均电子密度。干涉仪装置中需要探测器具有高灵敏度、信噪比高、体积小及工作状态稳定等性质。采用肖特基势垒二极管探测器代替原有的热释电探测器(TGS)可以使HCN信号的信噪比大大改善。在EAST放电过程中，低杂波加热会干扰探测器接收到的信号，使用双层铜箔屏蔽和加窄带通滤波等方法可以有效防止低杂波对信号的干扰。改进后的探测器已经有效测出长脉冲放电和H模放电中等离子弦平均密度。

EAST上基于端口密度测量的低杂波耦合研究

张 磊，丁伯江，吴则革，马文东，刘 亮，朱文华，刘甫坤，单家方

2013, 33(3):  251-256. 

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介绍了一套安装在EAST装置低杂波天线端口上方，用来测量端口附近电子密度的Langmuir三探针系统及其初步实验结果。此探针系统由探针、测量电路、数据采集以及数据处理四部分构成。实验结果表明：在低杂波天线端口充气的条件下，低杂波注入后端口密度会有明显的增加。端口密度与反射系数的关系与理论趋势一致，EAST上低杂波耦合的最佳密度出现在4~5×10¹⁷m^-3。

EAST真空隔断结构设计与热力耦合分析

史善爽，宋云涛，王忠伟，张善文

2013, 33(3):  257-261. 

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介绍了真空隔断的结构设计，并利用ANSYS分析软件建立了真空隔断的三维有限元模型，对其进行热力耦合分析，计算得到了结构在正常和故障状态下的温度分布和热应力。通过对计算结果的分析，验证了真空隔断结构设计的合理性，为其进一步的优化奠定基础。

EAST低杂波系统软件监控模式升级

吴则革，单家方，王 茂，胡怀传，马文东

2013, 33(3):  262-266. 

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针对现有4MW/2.45GHz LHCD系统软件监控不足，为6MW/4.6GHz LHCD提出了具有更好可扩展性的分层软件监控模式，并利用跨平台开发框架Qt的QProcess和QTcpSocket等类，分别解决了进程间通信和网络通信的问题，并实现了监控服务器端和监控客户端。经过测试，新软件监控系统的响应时间在200ms以内，完全能够满足4.6GHz LHCD周期为2s的监控要求。

高功率微波陶瓷窗的结构优化

汤允迎，王晓洁，刘甫坤，刘 亮，赵连敏，贾 华

2013, 33(3):  267-271. 

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介绍了2.45GHz频率高功率微波陶瓷窗的结构及对结构的优化。结构优化包括对结构尺寸和水冷结构的水流率取值这两方面。当陶瓷片厚度为4.4mm、圆波导长度为52.3mm时，微波性能达到最优。当水冷结构的水流率为0.4t×h^-1时，效果最理想，此时陶瓷片的最大应力值远远小于陶瓷片本身的抗拉强度。优化后的陶瓷窗经过多轮实验的考验，没有出现破裂等问题。

ITER磁体馈线系统焊接材料的电性能研究

邹春龙，宋云涛，黄雄一，刘承连，奚维斌

2013, 33(3):  272-276. 

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在国际热核聚变实验堆(ITER)磁体馈线(Feeder)系统中，超导接头和电流引线中都需大量使用焊料对其进行焊接。为了避免相邻处接头在焊接时产生相互影响，必须保证各相邻接头间焊料熔点具有一定梯度。用几种不同焊料对焊接工艺以及接头测试装置进行了介绍。同时也对低温下超导接头的电性能进行了测试。对Bi-2223/Ag超导带材进行了焊接。结果表明，低熔点焊料Bi50Sn9Pb31和In99.99，高熔点焊料Sn96.5Ag3Cu0.5在低温下都具有较低的电阻，并满足温度梯度的使用要求。这对ITER Feeder系统在对焊接材料的测试以及选择上都将具有十分重要的参考价值。

等离子体应用

非磁化均匀冷等离子体柱的电磁波散射特性分析

黄方意1, 2，时家明1, 2，袁忠才1, 2，汪家春1, 2，陈宗胜1, 2，林志丹1, 2，许 波1, 2，王 超1, 2

2013, 33(3):  277-282. 

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研究了电磁波与柱状等离子体介质相互作用的特性。推导了平行和垂直极化波作用下等离子体柱内外的场分布特征，计算分析了两种极化波条件下等离子体柱的电磁散射。结果表明，等离子体电子密度越高，柱外散射强度就越大，等离子体碰撞频率越高，柱外散射强度就越小。另外，电磁波极化方式和入射波频率对电磁波的散射强度也有重大影响，垂直极化波更容易被散射，较低的入射波频率也更容易散射。这些结果对于等离子体天线的研究设计有一定的参考价值。

改进后光声压电技术对低活性铁素体/马氏体钢热扩散率的测量研究

赵斌兴1，王亚非1，高椿明1，王平怀2，顾体波1，刘丽娴1，孙启明1

2013, 33(3):  283-288. 

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利用改进后的光声压电技术开展了对聚变堆用结构材料-低活性铁素体/马氏体钢(RAFM) CLF-1热扩散率的测量研究。首先，介绍了改进后的光声压电理论模型，并分析确定了高精度测量热扩散率的实验条件；其次，搭建实验系统，通过对参考样品镍的热扩散率检测，完成了测试系统的校准；最后，对RAFM钢CLF-1的热扩散率进行了测量研究。研究表明，RAFM钢CLF-1具有好的热扩散特性，是一种具有优质导热性的聚变堆结构材料。改进后的光声压电技术可以有效确定RAFM钢CLF-1的热扩散率，为聚变堆用结构材料的热物理特性研究提供了一种有效手段。