HL-1中MHD稳定性的初步实验

本文利用傅里叶分析的方法和相关分析的方法测到了MHD磁扰动信号的极向模数m=1, 2,3,4和环向模数n。研究了HL-1装置等离子体MHD不稳定特征和抑制不稳定性的若干方法及结果。对于放电起始阶段的MHD特征对放电全过程的影响进行了分析。认为HL-1装置的破裂不稳定性分为三种:内破裂、小破裂、大破裂。内破裂的出现是HL-1进入较好的运行状态的一个标志。最后,给出了HL-1装置的稳定运行区域。     

HL-1中MHD稳定性的初步实验

本文利用傅里叶分析的方法和相关分析的方法测到了MHD磁扰动信号的极向模数m=1、2、3、4和环向模数n。研究了HL-1装置等离子体MHD不稳定特征和抑制不稳定性的若干方法及结果。对于放电起始阶段的MHD特征对放电全过程的影响进行了分析。认为HL-1装置的破裂不稳定性分为三种:内破裂、小破裂、大破裂。内破裂的出现是HL-1进入较好的运行状态的一个标志。最后,,给出了HL-1装置的稳定运行区域。     

中国环流器新一号(HL-1M)物理设计

中国环流器新一号(HL-1M)是在中国环流器一号(HL-1)基础上升级改造的托卡马克装置。基于当时世界上受控核聚变研究发展的趋势,经过深入研究和广泛的物理技术论证,确立了关于HL-1改造的主要方向,即去掉原有的厚铜壳,改造真空室,并根据等离子体需要改造电源设备,以便于开展较大规模的辅助加热和无感驱动电流研究。HL-1M装置的主要物理目标是开展兆瓦级功率的辅助加热和低混杂波电流驱动研究。此外,还将通过装置的改进,增大等离子体体积,在更高参数下研究欧姆加热等离子体性质,在自己的装置上获得对未来设计托卡马克装置有用的实验数据库,并为下一代更大托卡马克装置(HL-2)的建造积累经验。同时,利用HL-1实验结果外推和托卡马克实验定标关系,以及数值模拟计算和理论分析,详细地设计了HL-1M的欧姆加热和辅助加热等离子体物理参数。     

托卡马克LHCD实验中的电子加热

LHCD实验是托卡马克途径为实现稳态运行而进行的重要科研项目。我国的两个主要托卡马克实验装置HL-1M和HT-7已进行多年研究,在建的两大装置HL-2A和HT-7U也将在更高波功率下进行LHCD研究。虽然LHCD实验的主要目的是驱动电流,但波功率平衡问题是一个非常重要的物理问题,因为波功率最终不是被电子或离子吸收,就是通过某种机制损失了。     

HL-1M装置等离子体位移微机自动反馈控制系统

HL-1M装置中,等离子体位移控制起着重要作用。由于其工作性能的优劣,将直接影响到装置放电质量以及各项实验的最终结果,因此,提高和加强控制系统的工作性能及稳定可靠性,满足装置的工作要求,就具有重要意义。该文介绍了HL-1M装置等离子体位移微机自动反馈控制系统。该控制系统采用了微机和高精度的电子元器件,对等离子体电流的位移控制有了极大的改善,提高了装置放电的质量和效率。     

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。     

HL-1M装置内壁锂涂覆实验

Li是原子序数最小的金属元素,具有非常活泼的化学活性,是最有希望的第一壁材料。TFTR装置经过锂化后提高了等离子体存储能量、中心离子温度和密度的峰化以及聚变反应速率,表明了原位锂化的巨大优越性。原位硅化已成为HL-1M装置常规壁处理手段,与此同时,HL-1M装置也正在探索先进的锂化工艺技     

HL-1M装置垂直场供电系统

为HL-1M装置垂直场线圈直流馈电而研制这一大功率脉冲供电系统。该系统包括3组直流电压源,通过调节输出电流的方式,控制HL-1M装置垂直磁场波形变化,用以平衡等离子体。介绍了该系统的用途、设计原理、它的主要组成部分、以及它在装置上的实验结果。     

托卡马克超声分子束注入加料的进展

超声分子束注入作为一种新的托卡马克加料方法由作者在1992年首次提出并于当年在中国环流器一号(HL-1)装置演示成功,随后相继应用于中国环流器新一号(HL-1M)和中国科学院超导托卡马克HT-7装置。超声分子束注入等离子体呈现出电子密度峰化和温度中空分布的特征;等离子体流极向旋转速度提高,边缘扰动被抑制,等离子体能量约束得到改善。加料效率较常规脉冲送气提高一倍,而滞留器壁的粒子大为减少。近期开展的高气压氢超分子束注入实验,在束流中发现团簇流,可注入等离子体中心区域。多脉冲分子束注入形成电子密度的阶跃上升,如同冰弹丸注入效果。近年来该项技术已陆续应用于国外大型托卡马克和仿星器,是核聚变装置稳态运行的一种有效的加料方法。     

HL-2A真空室预装抽气和检漏系统方案

根据HL-2A装置总体规划及工程进展,原ASDEX真空室必须在特制的平台上进行预装以解决机械结构、安装工艺和真空密封、检漏、预抽气等关键的技术问题。由于预装平台结构尺寸的限制,选择真空室4个直径350mm水平窗口为预装抽气口,与ASDEX装置运行时的抽口位置不同。图1是HL-2A真空室预装抽气机组示意图,主抽气泵选用4台F-400型3500L·     

在Windows 95下开发多发弹丸发射控制程序

在受控核聚变研究中,氢同位素固态弹丸的高速注入已成为核聚变加料实验的热点。因其具有加料效率高、能形成芯部高度峰化的密度分布、拓宽装置运行区域以及改善等离子体约束性能等优点,因而世界各国在磁约束核聚变装置上广泛采用这种加料技术。为此由中、俄双方联合研制了用于HL-1M装置的多发弹丸加料系统。该系统工作于强电场、强磁场环境下,弹丸注入时刻为毫秒量级控制,从而决定了其发射控制只能采用计算机自动控制方式。     

HL-1装置主机的工程调试

本文叙述了HL-1装置主机在工程调试和等离子体放电中所涉及的主要技术问题。文中详述了场形和变压器芯柱伏秒数的一些测量结果,并阐述了主机的工作状况和一些技术性能。目前该装置正在B_t=2.3T,I_p=135kA参数下进行。运行情况表明:HL-1装置主机有着较好的技术性能,基本上满足了物理实验的要求。     

HL-1装置主机的工程调试

本文叙述了HL-1装置主机在工程调试和等离子体放电中所涉及的主要技术问题。文中详述了场形和变压器芯柱伏秒数的一些测量结果,并阐述了主机的工作状况和一些技术性能。目前该装置正在B_t=2.3T,I_p=135kA参数下进行。运行情况表明:HL-1装置主机有着较好的技术性能,基本上满足了物理实验的要求。     

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。     

等离子体与石墨及其涂层相互作用实验研究

等离子体与表面相互作用(PSI)是聚变研究领域中重要课题之一。本项目应用LAS-2000质谱分析设备、射频离子源设备及HL-1M装置,对等离子体与石墨及其涂层的相互作用进行了系统研究。研究表明:(1)D~ 束辐照HL-1M装置第一壁用SMF-800石墨在770中K处有化学腐蚀高峰,而石墨原位硼化、硅化涂层可以有效地抑制石墨的化学溅射(降低80％～90％);H~ 辐射SiC的溅射产额为0.5原子/H~ ,为石墨的1/3;原位硼化涂层热解释过程中未见硼氢化合物的释放,其释放成分主要是碳氢化合物,通过它可减少a-C:H成分,提高涂层性能;(2)原位涂层几乎完全抑制了HL-1M装置放电中重金属杂质,而碳、氧杂质则分别降低70％、90％以     

HL-1M多脉冲分子束注入的CCD摄像

HL-1M装置实现了一种新的气体加料改善约束的方法——分子束注入(用多脉冲高速分子束注入加料)。多脉冲分子束注入加料可以控制等离子体密度分布、改善约束性能和提高密度极限。HL-1M托卡马克的多脉冲分子束注入得到了高的加料效率、改进了能量约束并维持了较高的密度峰化截面。分子束加料τ_E的改善和     

HL-1M主机检修

HL-1M主机诊断窗口真空密封技术是确保物理实验顺利进行的重要条件,影响真空密封的因素有: 1.凸、凹法兰密封台阶公差配合; 2.装置密封材料和配合法兰密封平面的表面粗糙度、平面度; 3.凸、凹法兰密封台阶的安装对中; 4.紧固力矩。 HL-1M装置主机机械检修主要是解决真空室Ⅰ段〈1—1〉、Ⅲ段〈3—1〉以及Ⅲ段〈3—9〉上垂直窗     

HL-1实验数据分析系统

一个用于HL-1物理实验的数据分析系统已经建成。它已用于HL-1的各种物理实验,诸如偏压电极放电的实验,微波加热实验,弹丸注入的实验等。该系统成为物理学家分析,处理各种实验数据不可缺少的工具。文内简要说明了此系统硬件和软件的体系结构,在线和离线的分析情况,系统的应用情况等,是1989年以来数据采集和处理分析工作的系统总结。在根据HL-1M的诊断需要进行改进扩容后,可用于HL-1M实验数据分析。     

HL-2A装置环向场电源系统设计

1 环向场供电系统供电要求及负载基本参数 环向场电源是HL-2A装置的主要电源系统之一,它向主机环向场线圈供电,形成环向强磁场,约束等离子体运动。供电电源波形要求如图1所示。 HL-2A装置主机系引进德国的ASDEX主机部件并进行适当改造而构成的。环向场线圈     

HL-1M装置的微机送气系统

托卡马克放电不仅要求良好的装置和器壁条件,而且还要求准确的送气动态量。不同实验条件要求不同的送气方式和送气量,其大小是由控制系统的脉冲宽度、间隔时间等因素决定的。因此,需要有一个可靠、灵活、准确和稳定重复的自动送气系统替代手动的脉冲控制器。为了满足不同物理实验和放电参数对电子密度的要求,研制了HL-1M装置的微机程序送气系统。经过3年来的运行,实践证明系统的性能良好,保证了众多物理实验的顺利开展。