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2015年 第35卷 第4期    刊出日期：2015-12-15

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等离子体物理学

等离子体轴向运动对撕裂模不稳定性影响研究

韩最蛟，彭晓东

2015, 35(4):  289-295.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201504001

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从电阻磁流体模型出发，详细推导了柱形位形下低β等离子体中包括等离子体宏观轴向运动效应的电阻性撕裂模线性不稳定性理论。数值研究发现：等离子体轴向运动速度本身对撕裂模具有明显的稳定作用，而轴向运动速度剪切的作用并不明显。分析表明：轴向运动通过改变扰动势函数和磁通函数之间的相位差(偏离π/2)来降低撕裂模增长率，同时产生一个较低的撕裂模频率。

聚变等离子体中高能量粒子驱动的鱼骨模不稳定性研究

赵康，何志雄，蒋海斌，何宏达

2015, 35(4):  296-301.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201504002

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在考虑高能量粒子密度的空间分布及箍缩角分布的条件下，建立了研究鱼骨模的色散关系，并作了数值研究。结果表明：当高能量粒子的密度高于某个阈值时，鱼骨模会在高能量粒子密度梯度最大处被激发，其频率与高能量粒子的环向进动频率一致。在高β_h 区间，高能量勉强通行粒子将驱动鱼骨模进入第二稳定区。高能量捕获粒子能激发非共振鱼骨模，与勉强通行粒子激发的鱼骨模类似，在高β_h 区存在第二稳定区。

EAST 装置上ERD 光谱诊断系统设计

李颖颖1，尹相辉2，张 镱2，冯双圆2，符 佳1，吕 波1

2015, 35(4):  302-307.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201504003

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在EAST 装置上研制了一套边界旋转测量系统(ERD)用于测量边界等离子体环向/极向旋转速度和离子温度分布。前置收光系统采用了嵌入式(plug-in)结构，便于系统调试与维护。光谱仪设计成多入射狭缝结构，可容纳更多的光纤，提高了其利用率。探测器选用了高灵敏度和高动态范围的电子倍增CCD(EMCCD)探测器。使用了含高OH 基浓度的石英光纤，可以承受一定剂量的中子辐射。系统设计的测量波段为350~800nm，最高时间分辨为15ms，空间分辨为1cm。低杂波注入下的实验结果与早期EAST 上二维弯晶谱仪与快速往复探针联合实验的结论一致。

J-TEXT 偏振仪信号相位差实时计算方法研究

张 明1, 2，袁 涛1, 2，郑 玮1, 2，刘 洋1, 2，李 强1, 2，陈 志1, 2

2015, 35(4):  308-313.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201504004

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介绍了常用的相位差算法过零检测法、数字相关法和FFT 算法，对这三种算法的测试表明，三者均能在几十微秒量级的延时内较准确地获得计算结果，但所需的资源和时间开销有所不同。过零检测法占用的资源较多，但平均计算延时较小；FFT 资源占用率和延时均较大；而数字相关法资源占用率和延时均较小，但相位翻转的判断存在困难。

激光金等离子体中Au50+离子 E1、M1 跃迁的理论研究

徐 敏1, 2，闫安英1，蒋 刚2

2015, 35(4):  314-319.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201504005

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根据全相对论组态相互作用(RCI)方法和多组态Dirac-Fock (MCDF)方法，考虑量子电动力学(QED) 效应和Breit 修正，选取重要的电子组态，系统计算了激光金等离子体中类铜Au⁵⁰⁺离子nl-n′l′ (n=4, l=s, p, d, f; n′=4, 5, l′=s, p, d, f)电偶极(E1)跃迁和磁偶极(M1)跃迁的跃迁波长、跃迁几率和振子强度，并得到Au⁵⁰⁺离子部分激发态能级结构。计算得到的能级与波长与其他已有的理论和实验结果进行了比较，得到了较为满意的结果。分别采用长度规范和速度规范对电偶极(E1)跃迁参数进行了计算和比较，得到了很好的收敛。计算结果还表明，对于高Z 高离化态离子，某些禁戒跃迁占有重要地位。

核聚变工程技术

HL-2M 环向场线圈水冷数值模拟与分析

卢 勇，蔡立君，邹 晖，李广生，刘 健，刘德权

2015, 35(4):  320-326.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201504006

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建立了环向场线圈的水冷计算模型，根据热传导和对流换热方程进行了数值模拟分析。计算结果表明：指形接头与铜板的界面接触热阻和接触电阻对指形接头的温升影响较大，但在平顶电流为140kA 及其电流平顶7s 时，由焦耳热引起的最高温升40℃以下，故环向场线圈的温度均不会超过80℃，且15min 后TF 线圈温度均降至30℃以下。在平顶电流为190kA 时，线圈通电持续时间可根据界面实测接触热阻、接触电阻以及线圈初始温度来确定。

紧凑型托卡马克聚变实验堆包层设计及中子学分析

缪 鹏1, 2，王苏豪1, 2，张国书2，冯开明2

2015, 35(4):  327-333.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201504007

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利用蒙特卡罗粒子输运程序MCNP，对紧凑型托卡马克(CT)聚变实验堆方案进行了三维中子学计算分析，特别是氚增殖比(TBR)计算。包层采用了氦冷固态包层(HCCB Blanket)概念，选用正硅酸锂(Li₄SiO₄)作为氚增殖剂，铍作为中子倍增剂，低活化铁素体钢为结构材料。给出了不同增殖单元在不同的排列方式下，TBR 随增殖单元厚度的变化情况,得到了满足氚自持条件下的初步优化的包层设计方案，给出了相关中子壁负载、能量沉积和功率密度的相关特性结果，为后续热工水力和相关设计分析提供了数据支持。

用于中性束注入的大功率射频离子源激励器研制

陈德智，李 冬，刘开锋，黄 江，刘大伟， 岳海昆，李小飞，周 驰，张 哲

2015, 35(4):  334-339.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201504008

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建立了一个等离子体射频激励器，工作气体为氢气，工作气压为0.3Pa，激励器陶瓷桶直径300mm，工作频率1MHz。实现了RF等离子体激发放电，在输入射频功率16kW条件下，采用朗缪尔探针测得的等离子体密度>10¹⁸m^-3，初步建立了一个RF等离子体源实验平台。

ITER ELM 线圈支撑的结构分析与优化设计

卢 速，张善文，宋云涛，王忠伟, 戢 翔

2015, 35(4):  340-345.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201504009

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ITER ELM线圈的安装位置和工作环境使其在运行中会承受很大的电磁力和受到因核热和欧姆热产生的热膨胀。使用ANSYS有限元软件对六种不同支撑结构做了应力分析，并进行了优化设计。最终确定了当横向梳齿上下两端的通孔为椭圆形且是V字形排列时其最大Tresca应力最小。分析结果为支撑的合理设计提供了理论依据。

大功率RF 离子源阻抗匹配电路的设计与实现

岳海昆1, 2，李 冬*2，刘开锋2，李小飞2，汪辰热2，陈德智2

2015, 35(4):  346-349.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201504010

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在大功率RF 离子源中，激励器的作用是产生等离子体，阻抗匹配电路是激励器吸收RF 功率的关键。将激励器等效阻抗视为一个电阻和一个电感的串联，采用了一种由一个RF 变压器并和两个可调电容组成的阻抗匹配电路，给出了视RF 变压器为理想变压器时阻抗匹配电路的分析模型，推导了阻抗匹配时两个可调电容的电气参数。当激励器实验装置使用一个石英玻璃激励器时，搭建了一个阻抗匹配电路，成功地将RF 功率耦合进激励器并产生了等离子体。

EAST ECRH 天线平面镜转动机构参数计算与验证

胡泽凯，吴杰峰，李 波，王晓洁

2015, 35(4):  350-355.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201505011

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为准确控制天线发射微波的位置参数，分析计算了天线平面镜转动机构上驱动电机位移与平面镜转动角的关系式，以及平面镜转动角与微波发射角的关系式，并画出了对应的关系曲线图。对微波发射位置进行了测定实验。实验结果验证了上述参数关系式的准确性，表明其可以作为平面镜转动机构驱动控制的理论基础。

EAST 钨偏滤器外靶板热工水力分析

肖 旋，姚达毛，曹 磊，周自波

2015, 35(4):  356-360.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201504012

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为提高EAST 偏滤器的抗热载和排热能力，将偏滤器第一壁的材料由原来的石墨改为钨，在结构上，靶板采用了类ITER 的单块结构，支撑和冷却采用一体化的盒式结构。确定了EAST 钨偏滤器的冷却结构后，通过水管的流固耦合传热模型，分析了外靶板在紊流冷却方式下的散热情况。同时计算了在水冷系统失效的情况下，偏滤器外靶板的危险区域在3、5、8、10MW·m^-2 热流密度下的瞬态温度分布情况。结果表明，水流速度在4m·s^-1 时， 水管可以承受峰值功率10MW·m^-2 的热流密度，能够很好地满足EAST 装置运行的排热要求。

等离子体应用

临近空间螺旋桨叶素非定常等离子体增效实验研究

田学敏，田希晖，车学科，聂万胜，陈庆亚，姜家文，周思引

2015, 35(4):  361-367.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201504013

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基于等离子体诱导射流雷诺相似原则和螺旋桨叶素理论，开展了螺旋桨叶素地面风洞实验，比较了定常与非定常两种激励模式对螺旋桨拉力的影响，以及非定常模式下占空比、频率的影响。结果表明：相同电压幅值下，定常模式对螺旋桨拉力增效为9.8%，非定常模式对螺旋桨增效大于定常模式，非定常模式下最大增效 20.4%。螺旋桨桨叶相对半径在0.4 与0.85 之间时，非定常等离子体流动控制对螺旋桨叶素拉力增效较好，将等离子体激励器布置在桨叶相对半径0.4 与0.85 之间可提高能量利用率。相同重复频率下，螺旋桨增效随着占空比的减小而增大，占空比为10%时，增效最大。相同占空比下，重复频率存在一个最优值，频率为30Hz 时，等离子体对螺旋桨的增效最大。

大气压射频氧气放电特性的数值模拟研究

王一男，代玉杰，王学慧

2015, 35(4):  368-372.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201504014

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基于漂移扩散近似，对大气压下氧气射频放电产生的等离子体建立了一维流体模型，包括了电子、正离子和负离子的连续性方程、电子能量方程及泊松方程。采用有限差分法对所建立的模型进行了自洽的数值模拟，得到了相应的数值结果。通过对所得数值结果的分析，研究了大气压下氧气放电的基本特性。研究表明，大气压氧气放电中等离子体密度可达到10¹²cm^-3 ,电子温度约在1.23eV，放电中主要的负离子是O^-离子；随着电压峰值的增加，电子密度、电子温度都增加，但n_O-/n_e 的比率先增加到7.5%又后减小到5%，在电压峰值为700V 时达到最大。

低功率电弧放电辅助甲烷燃烧的实验研究

张 军，方世东*，舒兴胜，汪 闯，左 潇，孟月东，王守国

2015, 35(4):  373-378.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201504015

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利用低功率电弧放电辅助甲烷燃烧，研究了在不同甲烷/空气比例的情况下，等离子体对甲烷燃烧的影响。采用发射光谱仪进行光谱诊断，比较有/无等离子体辅助甲烷燃烧火焰发射光谱的异同，讨论了等离子体辅助燃烧可能发生的过程和机理。比较有/无等离子体辅助甲烷燃烧火焰温度的变化。利用气相色谱和烟气分析仪对甲烷燃烧产物中的CH₄、CO 和O₂ 进行分析。实验结果表明，加等离子体后，火焰的温度升高，尾气中的可燃性成分减少，氧气含量降低，在很大程度上提高了甲烷的燃烧效率；甲烷/空气的比例越低，燃烧效率的提高越明显；甲烷的富燃燃烧极限从16%调高到21%。

《核聚变与等离子体物理》2015 年第35 卷总目次

2015, 35(4):  379-384. 

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