HL-1M弹丸注入实验中等离子体的约束改善特征和中心磁流体动力学特性研究(英文)

在HL-1M实验中,多发弹丸注入到欧姆加热放电中,明显改善了等离子体约束特性。与相同条件下的欧姆加热放电相比,能量约束时间提高了约30％。等离子体约束的改善是因为弹丸注入后在等离子体中心区域形成了高度峰化的密度和压强分布。实验发现弹丸穿透的深度决定了密度和压强分布的峰化程度,而等离子体中心的磁流体力学活性又随着密度和压强分布的峰化程度的增大而改变。另一方面,等离子体中心磁流体动力学(MHD)活性在限制可达到的中心等离子体压强和决定中心输运特性上起着重要作用,标志着弹丸注入约束改善的峰化的密度、压强分布在出现第一个大锯齿后平化。随着弹丸穿透的加深,芯部区域的压强(密度)梯度变陡,中心MHD活性受到弹丸注入的强烈影响,锯齿崩溃特征有在更高密度、更高压强下时才出现的类理想模的特性,并在崩溃过程中m=1模的发展与一个非常定域的压强扰动耦合。     

HL-1M弹丸注入实验中等离子体的约束改善特征和中心磁流体动力学特性研究

在HL-1M实验中,多发弹丸注入到欧姆加热放电中,明显改善了等离子体约束特性。与相同条件下的欧姆加热放电相比,能量约束时间提高了约30％。等离子体约束的改善是因为弹丸注入后在等离子体中心区域形成了高度峰化的密度和压强分布。实验发现弹丸穿透的深度决定了密度和压强分布的峰化程度,而等离子体中心的磁流体力学活性义随着     

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     

JET中的内部输运垒放电及其对边缘条件的灵敏度

几次JET实验致力于研究具有内部输运垒（ITB）的稳态放电，ITB形成于放电电流的上升阶段，放电是在芯部具有低磁剪切[=r/q(dq/dr)]和附加的高加热功率条件下进行，为了得到在高压力峰值下稳定性与破裂的关系，这在ITB放电中是典型的，可以加宽在等离子体边缘有H模输垒的压力分布。但是，由于在ITB处旋转剪切和压力梯度的减小，无ELM H模期间边缘压力的大幅增大削弱了ITB。另外，H模阶段I型ELM活性导致JET中现有输入功率（达28MW）时ITB的崩塌，通过控制输入功率减小芯部压力以及利用氩气剂量控制等离子体的边缘压力，获得了最佳ITB放电，在大约30％－40％Greenwald密度的线平均密度下，这些放电达到了H97约束增强因子（τE／τE.ITER97,定标）为1．2－1．6时若干能量约束时间（τE）的稳态条件，利用添加的氘气剂量或浅弹丸加料增大密度导致了ITB削弱，为了维持高密度下的ITB，应在等离子体边缘保持Ⅲ型ELMS，给出未来JET实验的范围。     

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。     

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。     

HL-1装置在OH和LHCD的反常多卜勒不稳定性(英文)

在HL-1托卡马克装置上,采用不同频率的微波外差接收机测量欧姆放电下和低混杂波驱动下的非热辐射。文章描述了在欧姆放电下,由磁化等离子体波辐射,相对论电子的契伦柯夫辐射,以及非麦氏分布电子的回旋辐射(ECE)所表现出的反常多卜勒不稳定性特征,即主要表现为磁化等离子体波扰动,以及契伦柯夫辐射迅速下降所对应的ECE增加。这种不稳定性是由于电子分布各向异性所引起的,在低混杂波驱动下不稳定性受到抑制,同时等离子体粒子约束得到改善。讨论了反常多卜勒不稳定性被低混杂波驱动所抑制的可能机制以及与等离子体粒子约束改善之间的关系。     

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。     

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。     

用RHF在HT-6B托卡马克上研究等离子体的约束和锯齿振荡行为

给出了HT-6B托卡马克上的共振螺旋场(RHF)对等离子体的约束和锯齿振荡行为的影响的实验结果。RHF使电子热导减小、电子温度分布变宽、等离子体密度增加并增强了杂质辐射,同时使锯齿振荡增强(包括锯齿幅度、周期、上升率及反相半径)和m=2、3、4的MHD不稳定性被抑制。实验结果表明RHF使放电进入一个新的放电状态。     

用RHF在HT-6B托卡马克上研究等离子体的约束和锯齿振荡行为

给出了HT-6B托卡马克上的共振螺旋场(RHF)对等离子体的约束和锯齿振荡行为的影响的实验结果。RHF使电子热导减小、电子温度分布变宽、等离子体密度增加并增强了杂质辐射,同时使锯齿振荡增强(包括锯齿幅度、周期、上升率及反相半径)和m=2、3、4的MHD不稳定性被抑制。实验结果表明RHF使放电进入一个新的放电状态。     

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。     

HL-1M装置超声分子束流注入过程中的团簇现象

在环流器等离子体中用超声分子束流注入加料,引起密度峰化和约束改善,其主要机制归结为加料粒子的注入深化和密度上升率(注入效率)的提高。本文主要介绍经过改进的超声分子束流注入HL-1M装置等离子体利用边缘H_α。线辐射、径向可伸缩的静电探针和顺着束流注入方向的CCD摄像等诊断技术,考察了粒子注入口及注入口附近区域电子温度和密度沿径向分布的变化,研究了分子束粒子注入等离子体的所谓“冷通道模型”及其效应。     

改善HT-6M约束的ZnO压敏电阻边界欧姆加热系统(英文)

提出了利用ZnO压敏电阻设计一个高功率(0.4MW)短电流边界欧姆加热电源系统用于加热边界等离子体,促使欧姆约束状态改善的思想。该系统提供一个方向与等离子体电流方向一致的涡旋电场(E_(EOH)=4.4V/m),给出了在HT-6M托卡马克上利用系统改善了约束的结果。其改善约束的明显特征是(a)密度N_e增加;(b)H_α辐射下降;(c)边界密度涨落和磁扰动下降;(d)边界密度和温度分布变陡。事实上,该系统可广泛应用于进一步研究MHD行为,粒子和能量输运等。     

改善HT-6M约束的ZnO压敏电阻边界欧姆加热系统

提出了利用ZnO压敏电阻设计一个高功率(0.4MW)短电流边界欧姆加热电源系统用于加热边界等离子体,促使欧姆约束状态改善的思想。该系统提供一个方向与等离子体 电流方向一致的涡旋电场(E_(EOH)=4.4V/m),给出了在HT-6M托卡马克上利用系统改善了约束的结果。其改善约束的明显特征是(a)密度N_0增加;(b)H_0辐射下降;(c)边界密度涨落和磁扰动下降;(d)边界密度和温度分布变陡。事实上,该系统可广泛应用于进一步研究MHD行为,粒子和能量输运等。     

超声分子束用于聚变等离子体加料

超声分子束注入在中国环流器一号和新一号装置首次采用。与常规送气相比,由于气体粒子注入深化,形成电子密度的峰化和密度极限的提高,并导致约束的改善。欧姆加热等离子体的能量约束时间的线性范围增长到ｎ＾－ｅ＝４×１０＾１９ｍ＾－３,实验结果表明,超声分子束注入是一种先进而简单的气体加料方法。     

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。     

在PBX—M中利用离子伯恩斯坦波功率来主动改善芯部分布…

在ＰＢＸ－Ｍ托卡马克应用离子伯恩斯坦波加热稳定了锯齿振荡，并科生了峰化密度分布。在ＩＢＷＨ辅助中性束注入放电芯部观察到与ＩＢＷＨ功率沉积分布空间相关的输运势垒。在边毕定域模活性期间，从软Ｘ射线数据中观察到完全发展的势垒的先兆。     

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。