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2013年 第33卷 第4期    刊出日期：2013-12-15

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等离子体物理学

聚变堆液态第一壁膜流MHD流动 及其稳定性机制研究

张秀杰，潘传杰，许增裕

2013, 33(4):  289-296. 

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建立了液态金属膜流MHD流动的数学物理模型，开发了相关数值模拟程序。首先，通过相关实验结果对该程序进行了校验。然后，对液态金属锂膜流在横向强磁场中的MHD流动进行了模拟，给出了入口流速、入口膜厚、底壁宽度、壁面粗糙度对其MHD流动的影响。模拟结果表明，存在唯一入口流速和唯一底壁宽度使得膜流MHD流动稳定；存在两个入口膜厚值使得膜流MHD流动稳定；壁面粗糙度对膜流MHD流动影响较小。最后，通过膜流MHD流动平衡分析，初步给出了其MHD稳定性的物理机制。分析结果表明，增加底壁宽度有利于降低电磁阻力，增加膜流的MHD稳定性；膜流的稳定流速随入口膜厚的增加先增大后减小，同时其最大稳定流速值相对于无磁场的情况减小很多。

HL-2A等离子体破裂期间逃逸电子演化模拟

吴 娜1，王中天2，桑超峰1，张轶泼2，王德真1

2013, 33(4):  297-303. 

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采用数值模拟方法对托卡马克等离子体破裂期间的逃逸电子(RE)演化行为进行研究。程序所使用的物理模型包含了初级和次级两种RE产生机制，并耦合了麦克斯韦方程组。模拟结果显示：在等离子体破裂开始0.1~0.2ms后感应产生了很强的环向电场，持续约0.1ms之后该环向电场达到最大值，但是在大致2.5ms内逐渐衰减。同时模拟结果也证明了RE产生于等离子体中心处的局部区域，并且在破裂之后约1ms时间内就形成了RE束，实验中等离子体破裂之后出现的几十毫秒的电流平台主要是由RE携带的。从理论模拟与实验的对比中可以得出：HL-2A 15335 次放电等离子体破裂期间欧姆电流转化为逃逸电流(RC)的转化率在40%~60%。次级产生机制在RE束的形成过程当中起到了关键作用。

JET运行条件下高能量粒子激发 的离散阿尔芬本征模

王 帅，龙超云，胡双辉，孔 冉，陈淑平，王一如

2013, 33(4):  304-311. 

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运用线性回旋动力学与磁流体力学的混合数值程序，研究了JET装置运行条件下高能量粒子对离散阿尔芬本征模的共振激发，发现高能粒子能激发丰富的α TAE动理学不稳定模式。讨论了高能量粒子压强及速度对共振激发的影响。研究了较低和较高自举电流运行状态以及不同环向场波纹度条件下α TAE被高能量粒子激发的物理特性。探讨了ELMs与ITB共存状态下高能量粒子激发多支离散阿尔芬本征模的情形。发现αTAE频谱广阔，且随着共振条件的变化，无论低阶还是高阶的α TAE都可以被高能量粒子激发成不稳定模式。这种潜在的阿尔芬不稳定性值得深入的研究，应当结合更多托卡马克装置的运行条件讨论其激发及物理特征。

EAST软X射线光谱仪绝对强度标定

张洪明1，沈永才1，符 佳1，李颖颖1，熊言威1， 王福地1，吕 波1，吴振伟1，石跃江2, 3，万宝年1

2013, 33(4):  312-319. 

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采用基于等离子体轫致辐射的方法，完成了EAST软X射线光谱仪的绝对强度标定。首先利用软X射线光谱仪测量了EAST等离子体的轫致辐射的强度，然后基于等离子体电子温度、电子密度、有效电荷数的剖面，计算了等离子体轫致辐射的功率密度剖面。并将其沿软X射线光谱仪的观测弦进行积分，得到了弦积分的轫致辐射强度。最后通过将轫致辐射强度的测量值和计算值进行对比，得到了软X射线光谱仪在10~50A范围内的绝对强度标定系数。通过比较不同放电条件下的绝对强度标定系数，发现实验中标定系数变化不大，相对稳定。然后利用标定过的软X射线光谱仪测量CⅥ 33.73A谱线的辐射强度，并通过非圆截面反演，初步获得了CⅥ 33.73A绝对辐射强度的径向分布剖面。研究表明，利用轫致辐射对软X射线光谱仪的标定是可行可靠的。获得的杂质辐射绝对强度可结合杂质输运程序进行杂质输运研究。

X射线探测元件在1750~3500eV能区的标定

易荣清1，宋天明1，赵屹东2，郑 雷2，马陈燕2

2013, 33(4):  320-323. 

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在北京同步辐射装置的4B7A X射线束线上，利用InTe双晶体替换单晶硅晶体分光，获得了1750eV~3500eV能区的单色X射线，光源的能量分辨达到5000，光源强度达到1010 phs·s^{-1，高次谐波小于0.1 %，填补了国内X射线标定源这段能区的空白。利用这段能区X射线开展了X射线探测元件灵敏度标定方法研究，给出了XRD探测器灵敏度的不确定度小于3%。}

核聚变工程技术

HL-2M装置基本位形初步设计

李佳鲜，陈 谦，张锦华，潘宇东，毛 瑞，陈燎原

2013, 33(4):  324-330. 

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利用EFIT为HL-2M装置设计了孔栏位形、双零偏滤器位形和下单零偏滤器位形三种典型平衡位形；三种位形满足HL-2M装置的物理目标给出的位形参数的总体要求，即大半径1.78m、小半径0.65m，且位形具有高拉长比、大三角形变等特点。同时充分考虑CS线圈电流对位形的影响和PF线圈电流限制，分别设计了等离子体电流为1.2MA和3MA的三种基本位形放电波形；利用TSC分析了等离子体电流为1.2MA的HL-2M装置放电演变过程中伏秒数消耗。

HL-2A装置LHCD新天线热分析和电磁力分析

魏 森，白兴宇，周 俊，饶 军

2013, 33(4):  331-336. 

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用有限元方法对LHCD天线实际工况条件下的受热情况进行了模拟分析，结果表明无氧铜可满足热对材料的要求。给出了托卡马克环向磁场和等离子体电流变化时天线所受电磁力的解析与数值结果，论证了对天线起破坏作用的是等离子体破裂时由一对扭力所产生的扭矩，不锈钢更满足扭力对材料的要求。实际加工过程中使用无氧铜和不锈钢相结合的方式是比较合理的。该工作为天线的研制提供了理论指导。

EAST 4.6GHz LHCD系统真空室支撑架及限位机构结构设计与分析

李 波，吴杰峰，朱文华，刘 亮

2013, 33(4):  337-341. 

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新建设的EAST 4.6GHz低杂波系统的真空室要求具有100mm的移动距离，同时必须有非常稳固的基础和绝对可靠的限位机构。为达到远高于普通型材的结构强度，设计了支撑架、固定地脚和限位机构三种不同结构型式的高强度焊接支撑，所用材料均为316L不锈钢。三种结构分别为方钢框架结构、塞焊复合型材结构和“日”字形梁门式塞焊焊接结构。ANSYS有限元结构分析显示这几种结构强度远大于实际工况要求，可以很好地保证低杂波系统的稳定、稳固和可靠。

EAST等离子体垂直不稳定位移主动反馈控制

王海欣，汪凤凤，黄海宏，吴义兵

2013, 33(4):  342-347. 

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在EAST装置上通过设置反馈控制系统来抑制等离子体的垂直位移。快控电源对主动反馈线圈励磁，产生磁场抑制等离子体偏移。为满足等离子体位移快控电源大电流快速响应要求，采用多组变流器并联运行。实验运行结果说明主动反馈控制系统设计方案合理，达到了设计要求。

ITER极向场整流器的可靠性分析

刘 迪1，杜少武1，蒋 力2

2013, 33(4):  348-353. 

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极向场(PF)整流器是国际热核聚变实验堆(ITER)关键系统之一，在ITER 20年使用寿命期间，应该具有较高的可靠性和可用性。运用RAMI(可靠性、可用性、可维护性、可检测性)分析的方法，首先对系统进行功能划分，然后在其基础上建立了系统可靠性模型，通过该模型计算得到PF整流器的可靠性和可用性初始值，最后提出改进方案提高了PF整流器的可靠性和可用性，使之满足ITER的需求。

ITER偏滤器W/Cu单体模块热-结构模拟与分析

薛 奎1, 2，陈俊凌2，朱大焕2

2013, 33(4):  353-358. 

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采用有限元分析软件ANSYS模拟分析了W/Cu单体模块在ITER稳态热流和瞬态热流叠加下的温度分布和应力分布。结果表明，在稳态热流下，结构安全可靠；但在瞬态热流加载下，钨材料表面发生塑性应变，发生塑性应变的临界热流密度为320MW·m_{-2(持续0.5ms)。模拟结果对ITER偏滤器的设计和升级改造具有一定的借鉴意义。}

ITER计划与聚变能发展战略

张一鸣1，曾丽萍1，沈欣媛2，张利1， 丁亚清1，肖成馨1，康卫红1，王海1

2013, 33(4):  359-365. 

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介绍了正在法国卡达拉奇建造的国际热核聚变实验堆(ITER)及其计划，重点分析了各国参与ITER计划的目的以及以ITER计划为主线的各国聚变发展战略。

等离子体应用

等离子体气动激励特性及其抑制 叶栅流动分离的实验研究

王学德1，赵小虎1，王路成2，路加武3，林亚明3

2013, 33(4):  366-373. 

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为揭示纳秒脉冲等离子体气动激励特性及其抑制高负荷压气机叶栅流动分离的作用效果与影响规律，利用PIV流场测试、高速纹影和压力测试开展实验研究。结果表明，纳秒脉冲等离子体气动激励诱导出垂直向上的冲击流动，冲击波的持续时间为80μs左右；纳秒脉冲激励能够有效抑制高负荷压气机叶栅流动分离，其流动控制效果随激励电压和下表面电极宽度的增大以及电极形状改变为弯曲电极而提高，可最大降低总压损失8.4%；激励频率是叶栅等离子体流动控制效果的重要影响因素，端壁横向激励的最佳激励频率为4.0kHz；吸力面流向激励主要改善中间叶高流动特性，而抑制角区流动分离的能力较弱；端壁横向激励通过抑制横向流动，较大程度上减弱了低能流体在角区的积聚，抑制角区流动分离能力较强；组合激励结合了吸力面流向激励和端壁横向激励的作用优势，因而流动控制效果最好。

大气压下较大气隙宽度介质阻挡放电的实验研究

李雪辰，刘润甫，贾鹏英，赵欢欢，常媛媛

2013, 33(4):  374-378. 

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利用楔形气隙极大地降低了气隙的击穿电压，从而在流动氩气中实现了大气压下较大气隙宽度的介质阻挡放电。通过毫秒量级曝光时间拍照，对放电的动力学行为进行了研究。结果发现：外加电压较低时放电为条纹斑图，且在条纹的周围伴有均匀的晕；随外加电压升高，放电会过渡到均匀模式。研究表明微放电总是产生于窄气隙区域，然后沿着气流向大间隙方向定向移动，因此在较低电压下实现了大气隙宽度的介质阻挡放电。在较低电压下，通过微秒量级曝光时间拍照，发现每一个微放电丝都是由介质板间的体放电和介质表面上的沿面放电组成。分析认为，毫秒量级曝光时间照片(视觉上的)条纹源于体放电随着气流的定向移动，均匀晕是不同时刻的沿面放电的叠加。这些研究结果对大气压均匀放电在工业方面的应用具有重要意义。

《核聚变与等离子体物理》2013年第33卷总目次

2013, 33(4):  379-384. 

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