偏滤器物理设计与实验研究

应用B2-code模拟了偏滤器等离子体行为,优化了HL-2A装置偏滤器位形。研究了偏滤器刮削层中等离子体与器壁间过渡鞘层的离子碰撞效应,模拟研究了利用LHCD和NBI控制等离子体剖面分布在HL-2A中建立准稳态的反磁剪切位形。HL-2A装置首次实现了下单零点的偏滤器位形运行,完成了偏滤器初步物理实验,截至2004年底,获得等离子体电流320 kA,等离子体存在时间1 580 ms,环向磁场2.2 T。开展了高功率密度聚变堆偏滤器靶板的设计研究,特别是流动液态锂偏滤器靶板表面的物理过程的研究。探索性研究了用RF有质动力势改善偏滤器排灰效率和减少氚投料量。对FEB- E聚变堆偏滤器进行了优化设计。用电子束模拟对碳基材料及钨进行了高热负荷冲击实验,完成了钨/铜合金的热等静压焊接及热疲劳试验研究。研究了氦在钨中的滞留与热解吸行为。     

DⅢ—D高功率加热和电流驱动的最新实验

本文介绍ＤⅢ－Ｄ高功率加热和电流驱动的最新实验。这些实验包括改善的壁锻炼、偏滤器粒子抽运、辐射偏滤器实验及等离子体形状和高极向β的研究。     

JET的新阶段和将来运行的前景

ＪＥＴ已用其新抽气偏器位形重新开始运行，新位形的主要元件是四个偏滤器线圈，一个惯性冷却的偏滤器结构和一个内部低温真空泵。与“旧”ＪＥＴ相比，有两上主要的差别，第一，偏滤器热负载能力大为改善。第二，在高约束模式下边比定域模发生得列普遍。上前已在宽范围条件下得到了准态ＥＬＭｙＨ模式。     

JT—60U托卡马克吹氖气偏滤器放电的辐射及光谱分析

本文给出JT-60U由敝开型偏滤器改装成W型抽运偏滤器后，用吹入氖气的方法研究杂质行为的偏滤器辐射实验，为了估计氖的辐射，在偏滤器等离子体中，用一台真空紫外光谱仪对测量的氖离子辐射谱线进行了分析。因此，鉴定了从NeⅣ和NeⅧ的谱线。用绝对标定的多道干涉滤光片分光计结合真空紫外光谱仪来进行测量，对偏滤器等离子体氖线发射的辐射损失进行了估计。在没有抽运的情况下，脱离等离子体发展边缘的多面非对称辐射（MARFE）。还观测到，高离化氖谱线（NeⅣ、NeⅧ）的辐射强度随MARFE的形成而同时增加，MARFE形成之后仍继续增大，我们认为偏滤器等离子体脱离之后，在没有抽运比有抽运时等离子体流速和摩擦力都弱，更多的杂质流向X点区域，这些观察表明因为粘滞力的减小，杂质从偏滤器上游回流。     

JT—60U的偏滤器改造

１９９７年２月至５月对ＪＴ－６０Ｕ的偏滤器和相关系统进行了改造。新偏滤器是一个由倾斜靶和一拱顶组成的Ｗ型半封闭式偏滤器,并设置有一用作偏滤器抽气的低温泵。讨论了同时增强的功率控制和芯部等离子体性能,重点放在部分脱离偏滤器的运行上。     

托卡马克偏滤器中脱体等离子体的稳定性的一维模拟

用一维流体程序研究了托卡马克刮削层（SOL）中辐射阵面的稳定性；在平行于磁力线的方向上求解与时间相关的输运方程。当从芯部进入SOL等离子体的能量减少时，稳态的附着解转变成稳定的脱体解。一达到这样的稳定脱体态，强辐射阵面就与偏滤器钯相接触或与之有一小段距离。当输入的能量进一步减少，且总的损失大于输入功率时，辐射阵面开始向X点移动，使SOL等离子体冷却。在这种情况下，在我们的参数空间内得不到辐射阵面停留在偏滤器通道内的解。这与托卡马克偏滤器实验的结果定性一致，该实验表明了辐射阵面的移动。     

HL-2A磁面位形的计算机绘图软件包的开发与研制

HL-2A是在原德国ASDEX基础上改进的大型托卡马克装置,该装置带有上下两组偏滤器线圈。从目前的HL-2A的改进方案看,其几何尺寸、磁场位形和物理参数大体和ASDEX相似,只是环向磁场、等离子体电流及拉长比稍有不同。由于未来的HL-2A装置上带有偏滤器,而我们以前的位形计算大多在没有偏滤器位形的HL-1及HL-1M上进行的,所以开展有关HL-2A位形的物理研究及相关的数值计算和程序设计是很重要的工作。     

对JT—60U的紧凑、半闭合W型偏滤器系统的结构计算

在JT－60U上已设计、制造并安装一种紧凑、半闭合W型偏滤器系统，以替代开式偏滤器系统。这种新的系统由倾斜的偏滤器、圆顶和缓冲板组成。为了满足结构上的要求，采用一种灵活的电绝缘气体密封分段式结构。用FEM编码，通过电磁和结构分析证实了等离子体破裂时系统结构的完整性。上述分析考虑了晕电流。在偏滤器系统中由于气体密封结构采用电绝缘致使感应电磁力显著下降。另外，因为系统是分段式结构，发现每个部件单位上的感应电磁力是有限的。获得的最大应力强度及其范围在允许值内，烘烤运行期间偏滤器系统和真空室之间的温差所引起的热应力也是令人满意的。而且，热和热应力分析表明，面向等离子体部件有足够的结构完整性。     

ASDEX—U和JET上偏滤器几何形状对边界及芯部等离子体性能的影响

将来象ＩＴＥＲ之类的环形磁聚变装置的一个关键因素是偏滤器的设计，这种偏滤器能在维持好整体等离子体性能的情况下安全排出粒子和能量。相应的、优化的偏滤器的确定和设计是正进行的国际ＩＴＥＲ研究和发展工作的一项主要任务。为了给偏滤器优化提供一个深厚的物理基础，一些不同的偏滤器几何形状正在一些主要的托卡马克装置上试验。本文描述了ＡＳＤＥＸ－Ｕ和ＪＥＴ上这些偏滤器改进对等离子体性能的影响，结论是，增强封闭性可     

JET中偏滤器几何结构和化学溅射对杂质行为和等离子体性能的影响

研究了JET MarkI、MarkⅡA和MarkⅢGB抽运滤器中几何闭合的增强对再循环和固有杂质行为的影响。偏滤器闭合的增强导致氘和再循环杂质的排出明显改善。然而,由于偏滤器中氘和杂质压缩同时增加,废气中杂质的富集仍未改变。比较了不同等离子体条件下的氦、氖和氩。另外,MarkⅡA和MarkⅢGB偏滤器的运行表明,L模式放电中Zeff随着偏滤器闭合的改善而降低,尽管在ELMyH模式中观察到Zeff没有明显改变。偏滤器靶表面温度对固有碳的产生有大的影响,MarkⅡA和MarkⅢGB偏滤器中的碳源明显高于MarkI偏滤器中的,这要归因于在MarkⅡ和MarkⅡGB偏滤器（与偏滤器冷却系统有关）的偏滤器瓦温度上升时的化学溅射增强,与增强的闭合相反。讨论了不同的运行条件下高的等离子体产额的后果并介绍了从特殊壁/偏滤器温度下降实验中获得的证据。用EDGE2D/NIMBUS/DIVIMP代码研究了不同的再循状态下偏滤器屏蔽对化学产生的杂质的影响,考虑到由于这些偏滤器的瓦温度不同引起的化学溅射产额的改变,对MarkI、MarkⅡA和MarkⅡAP偏滤器的实验观察结果作了比较。     

中国环流器二号A(HL-2A)装置物理设计

文章是关于中国环流器二号A(HL-2A)装置物理设计的总结报告,包括以下几方面的内容:分析计算等离子体截面变形及由截面拉长引起的垂直不稳定性,提出对HL-2A极向磁场线圈电流和控制系统的要求;研究通过中性束注入加热(NBI)和低混杂波电流驱动(LHCD)实现等离子体剖面控制,模拟并设计HL-2A的高性能的运行模式;分析HL-2A先进约束位形(RS位形)下的磁流体力学不稳定性,为实现高性能模式稳态运行的等离子体控制指出方向;同时,利用数值模拟分析HL-2A偏滤器等离子体性能,为偏滤器的改进提供依据。     

JET偏滤器等离子体用的一种新型梳状反射计

用常规反射测量术测量ＪＥＴ抽气偏滤器中的电子密度是困难的，因为不容易出进入偏滤器区域，不利的等离子体几何构形和小的等离子体尺寸，本文介绍了一种新型的反射计诊断，它能在困难在抽气偏滤器条例下运行，它是一种“梳状”反射计，其中许多不同频率的微波信号同时发射入等离子体，并通过确定透射哪些信号和反射哪些信号估计沿视线的峰值电密度，本文还叙述了该诊断的设计和工作原理，并介绍了说明其性能的初步测量。     

JET运行的工程经验

ＪＥＴ初期设计的特有灵活性在于允许工程升级和改进，以研究许许多等离子体和聚变物理问题，最近，主要的改进就是配置了一套轴对称零抽气偏滤器（ＭａｒｋＩ）它成功地运行在１９９４年－１９９５年实验期间，根据偏滤器优化方案，一个新的，更为封闭的偏滤器现已安装完成（ＭａｒｋⅡ）这个偏滤器显示了良好的功率处理能力，并大大改善了中性粒子的滞留，这个新设计的一个关键特性是可能用按照扩展的Ｄ－Ｔ运行设计的全遥控技术替     

在ASDEX—U的H模式放电中对连续偏滤器脱离的观察

在ＡＳＤＥＸ中高功率Ｈ模式放电期间，反馈控制的喷氖和氘已用于控制边缘定域模行为和靶板功率沉积。已发现，９０％以上的加热功率是通过辐射损失的，并发生一种偏滤器脱离状态，而能量约束没有变差。等离子体仍处于Ｈ模式，它显示出小幅度高频率ＥＬＭ。ＥＬＭ并没有穿透到在撞击区域的靶板。     

模拟托卡马克聚变堆的设计

【英国《国际核工程》2002年8月刊报道】未来聚变堆所面临的最大挑战是如何约束等离子体。电磁模拟在托卡马克聚变堆的设计中起着很大作用。通过计算偏滤器(控制等离子体粒子耗尽和功率在机器中转移的装置)中的涡流,电磁模拟在托卡马克聚变堆设计中起主要作用。对聚变点火研究实验(FIRE)的预先设计研究正在进行之中,以评价在近期是否能对自加热等离子体有更多的科学认识。主要问题之一是设计能承受被击穿的等离子体面对部件,在此处等离子体压力和环向电流会很快弱化。在这些瞬间产生的涡流相当大,产生的应力足以损坏等离子体面对部件。美…     

HL-2A中多路分时积分器的研制

中国环流器二号 A 装置(HL-2A)是我国第-个具有偏滤器位形的托卡马克装置,利用其极向偏滤器在高参数等离子体条件下开展与偏滤器位形运行有关的研究.直观的观测核放射过程中核脉冲信号随放射时间的强弱变化规律对于掌握受控核聚变有着重大的意义.我们为HL-2A装置研制的多路分时积分器具有自动削掉输入信号的负向反脉冲,积分时间0.2～1 ms五档可调,统一起始TTL触发脉冲,20 s自动定时工作,同时有十路信号积分的特点.     

实验偏滤器物理

本文主要从实验观点评述了托卡马克的偏滤器物理，当然在可能的情况下也包括了简单的解析模拟，本文包括偏滤器研究中涉及的四个主要方面的课题；（１）从等主离子体排出的等离子的体功率的宽范围分散；（２）在抽气管道附近足够高气体压缩的产生，以便能够从系统排除燃料和氦（“灰”）气体；（３）杂质产生的消除或减少；（４）把在等离子体边界产生或故意加入的杂质与等离子体芯部离开。在本文前面部分引入一个简单的解析模型，即     

中国聚变工程实验堆雪花偏滤器脱靶运行的SOLPS模拟

在中国聚变工程实验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)的工程概念设计中,为探索有效降低偏滤器靶板热负荷的途径,相对于国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)特别增加了两个极向场线圈用于产生近年来新提出的雪花偏滤器位形。脱靶运行状态下,偏滤器靶板上的热负荷显著降低,但同时由于偏滤器温度的降低,杂质约束性能会变差,因此需要对CFETR雪花偏滤器的脱靶运行状态进行研究。基于边界等离子体物理模拟软件SOLPS(Scrape-off Layer Plasma Simulation),通过数值模拟研究了CFETR雪花偏滤器的脱靶运行状态。模拟中通过主等离子体室内的D2充气改变等离子体密度。当充气速度足够高时,CFETR雪花偏滤器实现完全脱靶,靶板上的离子流和热负荷都显著降低。但此时偏滤器区域等离子体温度已经非常低,杂质将容易通过X点进入芯部,有产生辐射不稳定性的风险。因此,对于CFETR雪花偏滤器较为合适的工作状态应当是部分脱靶运行。     

偏滤器材料溅射过程的数值研究(英文)

为了估计一些偏滤器材料的腐蚀速率,应用一种描述溅射物理过程的新方法,基于离子输运的双群模型计算了一些偏滤器材料:钼、钨和锂在聚变带电粒子H+,D+,T+和He++的轰击下的溅射产额,并与 Monte-Carlo 方法计算得到的结果作了比较。这些结果对估计面对等离子体的部件寿命和分析聚变堆堆芯等离子体中的杂质水平估计是很有用的。     

JT—60U偏滤器区域Dα线光谱轮廓的空间变化和发射过程

用一台高分辨可见光谱仪测量了偏滤器区域发射的Dα线光谱轮廓的空间变化。将观测的Dα线光谱轮廓与中性粒子输送码计算的结果进行屯比较。在附着等离子体条件下得到很好的一致。在每一测量位置上标示出所观测的光谱轮廓的分量。在造近偏滤器靶附近[由D2和D2^ 的分离直接产生的D^*（n＝3）]的分离激发是很重要的。在远离偏滤器靶的位置，由于分离原子的电子碰撞激发引起的发射有效地对Dα线强度及其光轮廓二者均作出贡献。由电荷交换和粒子反射产生的原子贡献在偏滤器等离子体上流中也很重要。这部分随电子密度上升而增加，从而展宽了Dα线光轮廓。在几种等离子体条件下测量了Dα线光谱轮廓。在ELM相期间靠近靶的Dα线光谱轮廓宽。在脱离等郭子体条件下，Dα线光谱轮廓对线中心是对称的且宽度很窄，由相应的低温分量所支配。类似的牧场生在MARFE区域中也观察到了。