HL-1装置初步实验研究

HL-1装置在纵向磁场2.3T下运行,获得了135kA平衡稳定等离子体(平顶时间150ms)。电子温度500eV,电子密度2.5×10~(13)cm~(-3),能量约束时间10ms,有效电荷数小于3,最低稳定运行安全因子2.5。实验表明,纵场杂散分量仅约纵场的万分之一,导体壳和平衡场基本上能保证等离子体的平衡。放电延续时间可长达1.04s。在对MHD稳定性进行大量观测的基础上,确定了稳定运行区域;极限密度符合Murakami定标律。在现有的欧姆加热条件下,能量约束时间服从Alcator C定标律。本文对实验结果进行了综合分析讨论。     

密度定标律研究和离子能谱测量

给出了静电堵漏会切装置中等离子体密度与磁场平方成正比的实验结果,证明了密度定标律是正确的。测得的最大平均密度为5.6×10~(11)cm~(-3),约束时间为3～5ms。用多栅分析器测量了电子和离子能谱。实验中发现存在两种离子温度,典型结果为80eV和140eV,阳极区的电位下降约-184V,最后对实验结果进行分析和讨论。     

托卡马克等离子体能量约束定标律

本文阐述了托卡马克等离子体在欧姆加热、辅助加热（主要是中性粒子束加热）的Ｌ模式和Ｈ模式条件下的能量约束定标律。能量约束定标律主要分为经验的、半经验的和理论的定标律，目前经验的和半经验的能量约束定标律居多．第二部分给出了用于分析经验定标律的基本统计方法；第三部分描述了欧姆加热以及辅助加热Ｌ模式一些主要的经验定标律和理论定标律，并简单分析了这定标律的特点；第四部分给出了Ｈ模式约束的ＩＴＥＲ系列定标律和     

HT-6M托卡马克上的超低密度实验

通过一些特殊方法,HT-6M托卡马克可以稳定运行在只带少量过热电子的超低密度(SLD)区域。其主要参数为:N_c=(0.2～0.6)×10~(13)cm~(-3);I_p=60～80kA;V_e。=0.7～2.0V:B_t=0.7～1.0T;α=18cm;R=63cm。在这类放电中,等离子体的密度由限制器和壁的出气量决定,而和初始充的氢气压强完全无关。等离子体是安静的,几乎没有“锯齿振荡”。m=2,3的磁流体力学(MHD)不稳定性只出现在电流下降段。径向温度分布T_e(r)峰化,而密度分布N_e(r)是平坦的。能量约束时间τ_e为1～2ms,大约是Alcator定标律的2～4倍。     

HL-1M欧姆加热等离子体实验的初步分析(英文)

介绍了中国环流器新一号(HL-1M)托卡马克装置及其诊断、数据采集与处理系统,并对有关气体再循环、等离子体平衡与稳定性的实验结果进行了初步分析和讨论。该装置现已获得I_P=322kA,q<2.5,(?)=6×10~(13)cm~(-3):T_e(0)>1keV,T_i(0)>0.5keV和τ_E≈10ms的平衡稳定等离子体。     

HT-6M托卡马克上的超低密度实验

通过一些特殊方法,HT-6M托卡马克可以稳定运行在只带少量过热电子的超低密度(SLD)区域。其主要参数为:N_e=(0.2～0.6)×10~(13)cm~(-3);I_p=60～80kA;V_o=0.7～2.0V;B_t=0.7～1.0T;a=18cm;R=63cm。在这类放电中,等离子体的密度由限制器和壁的出气量决定,而和初始充的氢气压强完全无关。等离子体是安静的,几乎没有“锯齿振荡”。m=2,3的磁流体力学(MHD)不稳定性只出现在电流下降段。径向温度分布T_o(r)峰化,而密度分布N_e(r)是平坦的。能量约束时间τ_e为1～2ms,大约是Alcator定标律的2～4倍。     

会切装置静电堵漏实验

本文描述了一个静电堵漏会切型等离子体约束系统和实验方法,给出了电子注入、堵漏电极作用,等离子体约束性能实验结果、并对结果进行了必要的分析和讨论。得到的等离子体参数为:密度n=2×10~(10)cm~(-3);寿命τ=2ms;电子温度Te=50eV;等离子体电位φ_p=-68V。证明了密度与磁场的定标关系,堵漏电极的作用是明显和有效的,主要的实验结果与理论相符。 该装置将开展等离子体积累与加热、电势屏蔽、静电堵漏轴对称串级镜端塞的研究。     

会切装置静电堵漏实验

本文描述了一个静电堵漏会切型等离子体约束系统和实验方法,给出了电子注入、堵漏电极作用,等离子体约束性能实验结果、并对结果进行了必要的分析和讨论。得到的等离子体参数为;密度n=2×10~(10)cm~(-3);寿命τ=2ms;电子温度T_o=50eV;等离子体电位φ_p=-68V。证明了密度与磁场的定标关系,堵漏电极的作用是明显和有效的,主要的实验结果与理论相符。该装置将开展等离子体积累与加热、电势屏蔽、静电堵漏轴对称串级镜端塞的研究。     

中国环流器一号装置最近结果(英文)

HL-1(中国环流器一号)已卓有成效地进行了《MHD不稳定性对运行极限参数的影响》、《等离子体改善约束》、《杂质浓度和输运》、《等离子体边缘条件的控制》和《边缘等离子体特性和扰动》等与等离子体约束物理密切相关的重大课题的系统研究。显著提高和改善等离子体约束性能,获得了许多在国际和国内具有自己特色的重要成果。尤其高密度(n_e>5×10~(19)m~(-3))低q(q_1<2.2)好约束(τ_E>30ms)的等离子体的获得,偏压电极诱发的高约束模(H模)和高密度孔阑位形下改善欧姆约束(IOC)放电状态的实现是对国际核聚变研究的重要贡献。1992年又成功地进行了低混杂波电流驱动、弹丸注入(863高技术)及电子回旋共振加热的实验研究,分析了三大技术对约束的影响,结束了HL-1仅用欧姆加热、有感电流驱动和气体加料的历史,使等离子体约束的物理实验研究达到新的水平。     

中国环流一号装置最近结果

HL-1(中国环流器一号)已卓有成效地进行了《MHD不稳定性对运行极限参数的影响》、《等离子体改善约束》、《杂质浓度和输运》、《等离子体边缘条件的控制》和《边缘等离子体特性和扰动》等与等离子体约束物理密切相关的重大课题的系统研究。显著提高和改善等离子体约束性能,获得了许多在国际和国内具有自己特色的重要成果。尤其高密度(n_e>5×10~9m~(-3))低q(q_L<2.2)好约束(τ_E>30ms)的等离子体的获得,偏压电极诱发的高约束模(H模)和高密度孔阑位形下改善欧姆约束(IOC)放电状态的实现是对国际核聚变研究的重要贡献。1992年又成功地进行了低混杂波电流驱动、弹丸注入(863高技术)及电子回旋共振加热的实验研究,分析了三大技术对约束的影响,结束了HL-1仅用欧姆加热、有感电流驱动和气体加料的历史,使等离子体约束的物理实验研究达到新的水平。     

HL-1M装置反磁测量和能量约束特性

详细描述了HL-1M装置反磁磁通测量系统,介绍了各种杂散场的补偿方法和测试结果,以及1995和1996年有关改善能量约束实验的反磁测量结果。比较了相同放电条件下欧姆放电和此类放电的能量约束特性,发现此类放电能量约束时间明显增加,等离子体电流分布剖面发生明显变化,给出了L模能量约束时间随密度的定标关系。     

TETB堆芯温度、密度、β值和中子功率对加料偏差的动态响应

从托卡乌克工程试验增殖堆(TETB)的设计工作点出发,运用微扰法,考虑当等离子体电流是由外界非感应式低混杂射频功率驱动并维持的情况下,对目前的能量约束经验定标关系作适当的变动。讨论了加料偏差对堆芯等离子体的温度、密度、β值(定义为等离子体热压强与约束它的磁压强之比)和聚变中子功率的影响。计算表明在有电流驱动条件下,对Neo-Alcator定标,ASDEX-H模定标及Kaye-Goldston定标(不管L模还是H模),TETB设计没有工作在奇异点上,对短时间的加料偏差不会出现非常恶性的响应。     

D—T等离子体约束的同位素效应

本文讨论了Ｄ－Ｔ等离子体能量约束时间的同位素效应。采用了基于气球模湍流的输运理论。当在βｐ〉１条件下产生Ｄ－Ｔ等离子体时，预计Ｄ－Ｔ等离子体（５０％混合物）的能量约束时间比同样运行条件下的Ｄ等离子体好约２０％。     

分子束注入HL-1M装置等离子体的行为

一种新的气体加料方法——分子束注入,在HL-1M装置上进行了实验。脉冲高速分子束是由高压气体通过拉瓦尔(Laval)喷口形成的。准直的氢分子束平均速度约为500m·s~(-1)。一个分子束脉冲通过拉瓦尔喷口进入真空室的粒子数为6×10~(19)个。一系列氦分子束脉冲注入HL-1M低密度((?)=4×10~(18)m~(-3))氢等离子体,氦粒子穿透深度可达到12cm,电子密度上升率达到3.1×10~(-20)m~(-3)·s~(-1)而始终保持稳态,密度峰值为5.6×10~(19)m~(-3)。在氦分子束脉冲注入后100ms,电子密度剖面峰化因子达到最大值Q_n=n_e(O)/〈n_e〉=1.51,其中,n_e(O)为中心密度,〈n_e〉为体平均密度。由反磁测量得出能量约束时间τ_E为28ms,较在相同运行条件下常规喷气加料高30％。分子束加料τ_E的改善和Q_n值的增加可与HL-1M装置的小弹丸注入和ASDEX装置[Kaufmann M et al,Nucl.Fusion 28(1988)827]的低速弹丸注入结果相比拟。除了氦的同位素效应之外,粒子注入的深度引起密度剖面峰化是约束改善的重要因素。因为在HL-1M装置常规喷气加料的Q_n值仅为1.4。分子束加料后的粒子约束时间比加料前高6倍。     

欧洲联合环（JET）上的高密度、高性能高约束模等离子体

欧洲联合环上最近的实验[Rebut等人，《聚变工程与设计》22，7(1993)]目的是改善高密度的高约束模(H模)等离子体中的约束质量。通过强等离子体成形(三角形变度0．35＜δ＜0.5)、杂质植入和强场侧弹丸注入这三种方法已获得了如在密度接近或超过85％Grccnwald密度极限定标时由国际热核实验堆ITER—H98（7，2），定标预计的能量约束时间。观测到在约束末变差的情况下中心密度缓慢峰化。通过中心离子回旋共振加热可阻止锯齿损失和芯部杂质累积。在大三角形变度和杂质植入等离子体中，发现与Ⅰ型边缘定城模(ELMs)有关的平均功率损失的减小是因为在ELMs之间发生了附加损失。观炽到宽带磁起伏，这使我们想起其它托卡马克上有小ELMs的情况。已改变等离子体位形以寻找边缘坪项参数和小ELM损失的最佳组合。     

MM-4U中等离子体约束位形实验研究

给出了不同镜比下的磁场轴向分布的测量结果,实验与理论计算符合较好。测得了4种镜比下的等离子体电位轴向分布,结果表明,各镜比下都可以建立具有热垒形式的负电位轴对称串级镜约束位形,且中心室等离子体电位绝对值随镜比的减小而增加。测得的密度分布与电位分布有类似形式。等离子体参数的典型值如下:东、西端室和中心室的等离子体电位分别为-126V,-105V和-50V;电子密度分另为4.0×10~(10)cm~(-3),3.6×10~(10)cm~(-3)和 2.0×10~(10)cm~(-3);电子温度为43eV。初步测得了电子温度与注入电子能量呈线性关系;等离子体电位绝对值和电子密度随注入电子能量的增加而增加;电子密度随磁场平方线性增加。最后,对上述结果进行了分析。     

EAST中性束注入下快离子输运行为的研究

利用等离子体输运分析程序TRANSP和粒子导心轨道模拟程序ORBIT,结合聚变中子和等离子体储能诊断数据,对EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)托卡马克中性束注入加热时不同等离子体电流和纵场强度下的快离子输运行为进行了研究。实验和模拟结果表明:中性束反向束注入时的快离子初始轨道损失功率大于中性束同向束;中性束4条束线产生快离子初始轨道损失区域主要集中在装置中平面以下第一壁以及偏滤器区域;在EAST目前的运行参数范围内,提高等离子体电流和纵场强度,可以使等离子体中快离子的漂移轨道宽度和拉莫尔回旋半径缩小,更有利于快离子的约束,从而提高中性束的加热效率,增加聚变中子产额和等离子体储能。     

HL-1装置分子束注入实验研究

提出一种气体加料的新方法,采用高压氘气通过拉瓦尔喷嘴经一级分离器形成分子束注入HL-1装置等离子体,氘气体分子流量为3×10~(20)/s在线平均电子密度5.2×10~(19)m~(-3)时,粒子束速度可达到100m/s,随着等离子体密度和温度持续升高,粒子束通量很快衰减。当分子束注入结束并转为常规喷气加料时,D_α辐射强度急剧下降,与此同时,粒子对流沿径向朝等离子体芯部运动速度逐渐递增,电子密度分布继续峰化、电子密度持续上升达45ms。等离子体热能、粒子约束和能量约束时间均有所增加。分子束注入加料是一种定向的高效的加料手段,加料粒子可深入等离子体8cm,进入q≈2附近约束区。加料效率约为50％,壁表面粒子再循环率系数R≈0.6,低于常规喷气加料10％。     

TCV托卡马克上用ECCD的高功率ECH和全非感应电流驱动运行

本文讨论了TCV托卡马克上高功率电子回旋加热（ECH）和电流驱动（ECCD）的实验结果。由6个回旋管提供的高达2．7MW的功率以X模中二次谐波频率（82．7GHz)送入托卡马克。6个独立的发射器将功率传输到等离子体中，每个发射器配备了可操纵的镜子以允许极向和环向的注入角可以宽幅度的变化。对于足2s的回旋管脉冲持续时间，用满功率下目前最大电流为210kA的同向ECCD稳态，实现了托卡马克的全非感应运行。实验测得的ECCD效率与线性模拟得到的结果吻合。已观测到在给定功率下可达到的总体最高效率受到稳定性条件的限制，同时在磁轴上效率达到最高。随着总功率的增加，当沉积功率的分布宽度小于一个最小值时，MHD破裂不稳定性发生。许多ECCD放电显示了高水平的电能约束，可以达到两倍的Rebut-Lallia-Watkins(RLW)定标律，而该定标律完全满足欧姆条件。在中心区域的反向ECCD中，我们已观察到了最长的约束时间（达到4倍的RLW）。在这些条件下（电子温度超过10keV)获得了和欧姆条件下的扩散率差不多的中心区域的电子热扩散率。     

HL-1M装置离子回旋波注入实验的边缘参数测量

为了提高等离子体温度和密度,在高参数下从事托卡马克等离子体物理研究,在HL-1M装置上进行低杂波加热和电子回旋波加热的基础上,我们最近开展了离子回旋波注入和中性束注入加热实验,以及弹丸注入加料和分子束注入(MBI)加料实验,特别是在后者的实验中获得了很高的粒子和能量约束时间。