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2016年 第36卷 第4期    刊出日期：2016-12-15

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等离子体物理学

HL-2A 装置上的快扫Q 波段微波反射系统研制

张博宇1，石中兵1，钟武律1，杨曾辰1, 2，施培万1，蒋 敏1，刘泽田1，丁玄同1，杨青巍1

2016, 36(4):  289-296.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604001

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介绍了在HL-2A 装置上发展的一套快速扫频的Q 波段外差微波反射系统，用于高时空分辨测量等离子体边缘到约束区的电子密度分布。该系统采用外差式连续波扫频调制技术(VCO)，由外部任意波电压控制，工作频率为33~50GHz，全波段扫频周期达到6μs。在台面标定中发展了VCO 源的动态标定技术，并解决了微波源及器件的非线性响应、波导的色散特性等因素造成差频频率动态范围过大的问题，使反射面固定时系统输出的差频为定频信号，有利于降低噪声干扰和数据处理。同时发展了直接相位处理技术，实现快速的电子密度分布反演。实验中用该微波反射系统测得了L 模、H 模等不同等离子体放电条件下的电子密度分布，观测ELM 爆发前后台基区的形成与垮塌过程。

基于改进小波阈值去噪法处理Langmuir 探针信号

佟为明，李 鹏，陶宝泉，金显吉

2016, 36(4):  297-302.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604002

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在分析软硬阈值去噪特点的基础上，提出一种改进的小波阈值函数。根据Langmuir 探针I-V 特性曲线的特点，提出一种改进的标准差估算方法来计算小波阈值。采用基于改进标准差和改进阈值函数的小波对探针特性曲线进行去噪，仿真结果表明，改进的方法取得了良好的去噪效果，提高了信号的信噪比，降低了均方误差，去噪效果优于传统阈值去噪方法。

EAST 装置等离子体逃逸电子同步辐射行为的实验研究

仰振东1, 2，方建安1，龚先祖2，甘开福2，崔治学1

2016, 36(4):  303-308.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604003

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通过红外可见内窥镜诊断系统对EAST 等离子体芯部逃逸电子的同步辐射功率谱进行了分析，得出低能段逃逸电子同步辐射主要在红外波段，随着逃逸电子能量的增加，同步辐射向短波方向移动进入可见光波段。在欧姆放电条件下，对逃逸电子同步辐射所产生的的红外可见光进行了成像分析，同时研究了EAST 等离子体在低杂波和中性束注入加热条件下的逃逸电子行为。实验结果显示，低杂波和NBI 的投入总体抑制电子的逃逸，但低杂波投入初期产生的快电子对逃逸电子的产生具有促进作用。

磁流体管流的直接数值模拟研究

谭忠权1，毛 洁*1，刘 克2

2016, 36(4):  309-314.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604004

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在开源的CFD 工具包OpenFOAM 环境下开发了基于低磁雷诺数的磁流体湍流数值模拟求解器，对 2π ×1×1的方管中无磁场湍流和磁流体湍流进行直接数值模拟研究，给出了截面瞬时速度、平均速度的分布，截面对称中心线上的脉动速度的均方根值、湍动能的分布。计算结果表明，外加磁场对磁流体湍流具有抑制作用和并且这种抑制作用具有各向异性。

强耦合尘埃等离子体中正电扰动下的尘埃声激波

陈辉，钟青林，刘三秋

2016, 36(4):  315-321.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604005

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研究了强耦合尘埃等离子体的尘埃声波的线性色散关系和尘埃声孤波的非线性传播。考虑一个包含电子、离子、正电扰动尘埃颗粒的完全电离的三成分模型等离子体。假定其电子、离子数密度服从玻尔兹曼分布，而大质量的尘埃成分用一组经典流体方程描述，对系统方程进行线性化，得到了尘埃声波的线性色散关系，发现离子的集中参数对色散关系的影响很大。用约化摄动法对系统方程进行展开，得到了描述小振幅孤波的伯格斯方程。基于伯格斯方程研究了尘埃声孤波的基本特性，发现尘埃颗粒的强耦合效应对尘埃声孤波有很大的修正作用。该研究结果有助于理解尘埃空间等离子体中局域波的一些特性。

一种计算稠密等离子体电导率的半经验模型

王坤，史宗谦

2016, 36(4):  322-327.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604006

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为了准确计算稠密等离子体电离平衡，在理想Saha 方程的基础上，加入了压致电离理论和德拜理论相结合的修正。此电离模型可以描述稠密等离子体内电离机制随着密度的增加由热电离转变为压致电离的现象。压致电离理论结合德拜理论修正的Saha 方程的计算结果与其它电离模型结果作了对比和分析。电离气体区域采用完全电离等离子体模型计算电子弛豫时间，而在凝聚态区域采用电子平均自由程计算电子弛豫时间。提出了将两个区域平滑连接起来的公式，从而建立了一种可以计算从理想等离子体态到凝聚态物质的半经验电导率模型，半经验模型计算结果与实验数据作了对比。

核聚变工程技术

中国氦冷固态实验包层模块冷却系统换热器管道破裂事故初步分析

王艳灵，张 龙，叶兴福，王小勇

2016, 36(4):  328-333.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604007

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利用RELAP 对中国氦冷固态实验包层模块(CN HCCB TBS)冷却系统的换热器管道破裂事故进行了详细的分析，与ITER 元件水冷却系统(CCSW-1)进行了比较，对两个系统进行了合理的简化，给出了相应的RELAP 节点图，并分析了不同破口事故工况对中国氦冷固态实验包层模块冷却系统和ITER CCWS-1 的影响。分析结果表明，事故发生后破口附近会形成类似水锤事件，进入CCWS-1 系统的氦气很可能会聚集在CCWS-1 系统的高点，需在系统高点设计合理的排气路径。另外，为了限制进入CCWS-1 系统的氦气量，建议在换热器水侧进出口处增加隔离阀门，隔离阀必须保证可靠性以及较短的响应时间。

300MVA 脉冲发电机定子铁心磁化试验

王海兵，彭建飞，宣伟民*，李华俊，王小平，李志建

2016, 36(4):  334-337.  DOI: 0254-6086(2016)04-0334-04

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在现场完成发电机定子铁心叠片及紧压工作后，必须进行发电机定子铁心磁化试验以便检查铁心叠片是否有短路及螺栓是否压紧等。通过给缠绕在定子铁心上的励磁绕组通入交流电流，从而在铁心内部产生铁心损耗，使铁心发热，通过测量铁心各部温升根据试验标准判断铁心是否合格。由于300MVA 脉冲发电机的工作频率是变化的而非常规的50Hz 工频，因此通过计算获得了变频67Hz 和99.6Hz 下定子铁心的单位铁损耗。脉冲发电机的定子铁心磁化试验结果表明定子铁心装压质量及绝缘是合格的。试验结果为变频率工作的发电机的铁心磁化试验提供参考。

强流RF 离子源研制及初步实验

顾玉明，胡纯栋，谢亚红*，谢远来，李 军，梁立振，陈俞钱

2016, 36(4):  338-343.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604009

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介绍了RF离子源驱动源的结构设计及RF线圈的热流固耦合分析。RF离子源采用外置天线的感应耦合方式，采用双射频驱动源设计，每个射频驱动源功率约60kW，总体功率为120kW，可产生均匀高密度的等离子体，以满足稳定的长脉冲运行的要求。在完成上述工作的基础上完成了RF离子源样机组装和初步实验测试。

中性束注入器电偏转系统的参数设计与估算研究

梁立振，赵祥学，王 艳，胡纯栋

2016, 36(4):  344-348.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604010

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为EAST 装置中性束注入器设计了一套用于将剩余离子在线电偏转的结构，并对系统各设备的核心参数进行了估算。在4.41kV 偏转电压作用下，该电偏转系统可提供80keV 氘离子束偏转所需的偏转电场。在偏转电场调制情况下，该电偏转系统可有效降低极板表面的热负荷，进而满足EAST 中性束注入器稳态运行的需要。

RAFMs 中厚板TIG 焊下的温度场和应力场研究

姚金健1，刘素梅*1, 2，鲁明宣2，雷明准2，裴 坤2

2016, 36(4):  349-354.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604011

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应用ANSYS 软件对低活化马氏体/铁素体钢(RAFMs)中厚板多道焊接过程进行三维有限元模拟，将得到的温度场和应力场分别与实验对比，对焊缝区和热影响区宽度进行预测，并通过焊接实验进行验证，同时对焊后的试件进行了金相分析和硬度测试。结果表明：温度场和应力场模拟结果和实测结果基本一致，焊缝区以及热影响区宽度的模拟结果和实测结果基本吻合；采用316L 焊丝填充的焊缝，焊缝与母材熔合较好，焊缝没有明显缺陷；硬度检测呈现：焊缝的硬度大大高于热影响区和母材。

液态锂回路的研究及实验

薛晓艳1，张卫卫1，左浩毅1，欧 巍2，曹小岗2，杨党校1，陈顺礼2，苟富均*2

2016, 36(4):  355-361.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604012

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在对国内外液态锂回路研究综述的基础上，重点介绍了四川大学流动液态锂回路的研究进展。为开展等离子体与流动自由液态锂表面相互作用的研究而设计了该回路，其目标是：(1) 获得稳定、均匀的流动自由液态锂表面；(2) 研究等离子体辐照下液态锂的蒸发、溅射以及氢、氢同位素和氦在液态锂中的滞留行为；(3) 研究等离子体辐照下液态锂与结构材料的相容性。系统包括液态锂循环部分和直线高密度等离子体发生装置。

ITER 中国采购包标准化现状与策略

李国青1，王 敏2，吴姝琴2，刘立坡1，靳立强1

2016, 36(4):  362-367.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604013

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简要介绍了中国承担设计和制造任务的ITER 计划采购包的构成情况，分析了ITER 采购包采用标准的原则和ITER 中国采购包引用标准的特点，总结了ITER 中国采购包标准化现状。基于当前ITER 中国采购包对标准的需求以及着眼于国内磁约束核聚变长远发展需要，讨论提出了当前ITER 中国采购包的标准化策略建议。

等离子体应用

等离子体对低气压超音速氦气流场作用的实验研究

怀 英1，李寿哲2，吴克难1，叶福莉2

2016, 36(4):  368-373.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604014

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采用直流驱动等离子体激励器并通过气流场的碘线表征法研究了边界表面放电等离子体对低气压超音速氦气流场的作用。实验结果表明，边界表面放电等离子体的阴极区对以超音速流动的氦气的控制作用在符合实际工程条件的低气压下是有效果的；等离子体激励器的驱动电压越高，气流场的流动控制效果越好；定性观察表明激励器的阴极板的面积越大，实际作用区域越大，相应的实际控制效果越好。

基于尘埃等离子体理论的极区中层分层结构研究

蒋 林，石雁祥*

2016, 36(4):  374-378.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604015

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根据尘埃等离子体理论，考虑到尘埃粒子的充放电过程，研究了尘埃冰晶粒子吞噬效应对极区中层电子浓度分层结构及电导率和介电常数的影响。结果表明，尘埃冰晶粒子的吞噬效应造成了极区中层80~90km 高度范围内电子浓度的分层结构，并进而导致这一区域尘埃等离子体电导率、介电常数沿高度出现明显的分层，为解释和研究极区中层夏季回波现象提供参考。