托卡马克等离子体杂质密度的光谱法测量研究

本文介绍了基于托卡马克等离子体被动光谱诊断获得杂质密度的方法。通过被动光谱诊断测量获得杂质线辐射的空间多道弦积分强度分布,利用强度标定系数转换为绝对光亮度分布;通过测量弦与等离子体位形,将弦积分的强度分布反演变换为径向体发射率。根据线辐射强度激发截面求出对应电离态的离子密度,最后采用杂质输运程序模拟计算得出总密度分布。以东方超环(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)托卡马克装置上软X射线-极紫外光谱(Soft X-ray and Extreme Ultraviolet Spectrometers,XEUV)诊断测量到的Mo XXIX-Mo XXXII为例,描叙了获得Mo杂质密度分布的过程,获得的总误差小于10%。     

HT-6B托卡马克杂质输运

在HT-6B托卡马克上,通过测量杂质的真空紫外线辐射和可见线辐射,得出杂质各电离态的稳态空间分布。建立了杂质输运计算程序,模拟分析出该装置上杂质输运系数和其它与之有关的参数。通过对慢磁压缩下杂质线辐射时空分布的测量和模拟分析,得出了杂质约束因磁压缩而增强、杂质再循环随之降低等结论。同时对该装置上杂质输运特征进行了分析与讨论。     

HT-6B托卡马克杂质输运

在HT-6B托卡马克上,通过测量杂质的真空紫外线辐射和可见线辐射,得出杂质各电离态的稳态空间分布。建立了杂质输运计算程序,模拟分析出该装置上杂质输运系数和其它与之有关的参数。通过对慢磁压缩下杂质线辐射时空分布的测量和模拟分析,得出了杂质约束因磁压缩而增强、杂质再循环随之降低等结论。同时对该装置上杂质输运特征进行了分析与讨论。     

点火托卡马克等离子体芯部的新经典杂质输运

在假设杂质通量受新经典输运支配的条件下研究了点火聚变堆（ITER FDR）芯部的杂质行为。估计两种温度分布的平衡杂质分布，并与芯部扩散系数为Dan=0.5m^2/s的纯反常扩散结果作了比较。将所有相关等离子体粒种的碰撞考虑进去，计算了新经典通量。芯部的扩散系数低于0.1m^2/s，并随杂质Z的增加而减小。平均漂移速度总是向外，并引起对高Z元素的有效屏蔽。由于扩散系数小，芯部的He浓度分布猛烈上升。轴上氢浓度为CHe≈15%-17%。与用纯反常输运和CHe≈9%的轴上氦浓度作出的计算结果相反，He密度不仅由再循环边缘源确定而且由低的芯部输运、增强的稀释和减小的聚变源的相互作用确定。增强的稀释使总的聚变功率下降8%--11%。当Dan^He=0.2m^2/s的氦有一个附加反常芯部扩散，He的中心浓度下降到CHe≈10%。     

HL-I装置等离子体真空紫外光谱研究

本文叙述了在HL-1装置上做的真空紫外区(300—2000)光谱实验。用微通道板象增强器摄出了光谱,对光谱进行了辨认和分析。用光电法测量了谱线随时间的变化和缩小孔栏时的杂质变化情况,观察了等离子体发生小破裂时出现的光谱现象,对杂质的来源及其某些性质进行了分析研究。用两条CIV谱线强度比测出了放电初期的电子温度。     

氢中性束在等离子体中透射情况的分析与计算

阐述了中性束加热等离子体的物理过程,并利用基于不同物理模型下的两种计算方法对中性束在等离子体中的透射衰减情况进行了计算、分析和比较,给出了束在等离子体中的衰减与束能量、等离子体参数及杂质情况的关系及在HL-1M等离子体典型参数下的计算结果。在考虑了中性束与等离子体(含杂质)相互作用多级过程的数值计算中,其物理模型考虑了激发、碰撞和辐射去激发、被激发原子的Lorentz场电离以及电离、电荷交换等多种过程。在利用简化物理模型的分析计算中,仅考虑了中性束与等离子体和杂质粒子的     

HL-Ⅰ装置等离子体真空紫外光谱研究

本文叙述了在HL-1装置上做的真空紫外区(30～200nm)光谱实验。用微通道板象增强器摄出了光谱,对光谱进行了辨认和分析。用光电法测量了谱线随时间的变化和缩小孔栏时的杂质变化情况,观察了等离子体发生小破裂时出现的光谱现象,对杂质的来源及其某些性质进行了分析研究。用两条CIV谱线强度比测出了放电初期的电子温度。     

HL-1装置在OH和LHCD的反常多卜勒不稳定性

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     

抗辐射加固与非加固工艺制备Si/SiO_2电离辐照的XPS深度剖析

采用氩离子刻蚀XPS分析方法对抗辐射加固与非加固工艺制备的Si/SiO_2系统进行电离辐照深度剖析。实验结果表明:在辐照剂量及偏置电场相同条件下辐照,非加固样品的界面区比加固样品界面区宽;同一工艺生长的SiO_2,衬底杂质浓度低的样品其界面区窄于衬底杂质浓度高的样品;辐照样品的Si过渡态密度最高位滞后于未辐照样品的;同时,加固样品Si过渡态及剩余氧的密度最高位出现慢于非加固样品的;衬底杂质浓度高的样品其Si过渡态及剩余氧的密度最高位的出现快于衬底杂质浓度低的样品的;此外含剩余氧的过渡层要比含Si过渡态的过渡层薄。最后根据实验结果,对Si/SiO_2三层模型进行了修正。     

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。     

液态铅铋合金回路氧输运特性的数值研究

为研究液态铅铋合金（LBE）冷却剂系统气态氧控装置——膨胀箱中覆盖气体的氧输运特性,利用计算流体动力学（CFD）软件ANSYS Fluent对氧输运进行了数值计算。根据覆盖气体流动特性和混合气体中低氧分压特点,对膨胀箱气相空间进行简化,将气-液交界面视为氧浓度恒定的自由表面边界,采用组分输运模型计算气体和液态LBE之间传质后的液态LBE氧浓度。结果表明,传质系数随液态LBE入口流速增大而增大,液态LBE入口流速增大则膨胀箱内气-液对流强度增加,有利于增强膨胀箱的氧输运;膨胀箱中液态LBE温度越高,则氧输运的平均传质系数越大;在液态LBE入口流速一定时,平均传质系数可表示为温度的递增函数。在饱和氧浓度阈值内,入口氧浓度和气-液交界面氧浓度不影响膨胀箱的传质系数,对液态LBE回路的氧浓度控制有利。本研究定量获得了使液态LBE回路处于合理氧浓度范围内的操作条件,为实验及系统设计提供数据参考。     

氢中性束在等离子体中透射情况的分析与计算

阐述了中性束加热等离子体的物理过程,并利用基于不同物理模型下的两种计算方法对中性束在等离子体中的透射衰减情况进行了计算、分析和比较,给出了束在等离子体中的衰减与束能量、等离子体参数及杂质情况的关系及在HL-1M等离子体典型参数下的计算结果。在考虑了中性束与等离子体(含杂质)相互作用多级过程的数值计算中,其物理模型考虑了激发、碰撞和辐射去激发、被激发原子的Lorentz场电离以及电离、电荷交换等多种过程。在利用简化物理模型的分析计算中,仅考虑了中性束与等离子体和杂质粒子的电离和电荷交换过程。两种计算结果都表明中性束在等离子体中的穿透系数均随中性束能量E_0的提高而增大,随等离子体密度n_e的增高而减少,并表明在ne≤10~(14)cm,20≤E_0(keV/u)≤100域内,利用简化物理模型的分析计算与考虑多级过程的数值计算相比,两者的等离子体对中性束的有效阻止截面相差≤20％。     

AlcatorC—Mod中H模式输运垒区的径向杂质输运

在AcatorC-Mod托卡马克边缘区域把用1．5mm径向分辨率测量软X射线发射率分布和高分辨率子密度、电子温度测量结合起来以便于简化H模式期间中Z杂质的输运分析。把氟辐射和氟输运的详细的模拟结果同实验测量结果比较,从而可获得H模式输运垒区的输运系数的知识。找到正好在界面以内存在强内杂质箍缩的证明。强内箍缩区与强电子密度梯度区完全吻合,这表明内箍缩可由离子密度梯度驱动,如新经典理论预言的那样。采用新经典杂质对流分布的模拟与实验顶宽度变化来诊断边缘扩散系数的变化。在不同类型的H模式之间观察到边缘扩散系数的重大差别。也识别出增强DαH模式中的边缘扩散系数的几个定标。这可能有助于阐明引起这种具有强引力约束模式的物理过程。     

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。     

重离子输运模型的比较:碰撞项的检验

正输运模型是利用重离子碰撞获取状态方程等有用核物理信息必不可少的理论工具。为理解目前不同输运理论模型所给结果的差异,对15种不同的输运模型采用相同的输入条件,即核子在周期性边界的方形盒子内运动,核子密度为饱和密度且均匀分布、动量分别满足T=0和5 MeV两个温度的Fermi-Dirac分布。在这样的计算中,可对输运模型中的不同因素分别进行检验,并由相关的理论值对此进行检验。研究中,对两体碰撞项进行了检验和分析。结果显示:当Pauli阻塞被     

EAST钨杂质输运特性分析

用基于蒙特卡罗方法的杂质输运程序DIVIMP模拟了EAST在加热功率Pin=8 MW的情况下边界层钨杂质输运过程并分析了钨杂质输运特性,其目的是为了合理设计第一壁和偏滤器靶板部件。DIVIMP模拟得到了低再循环、高再循环和脱靶运行条件下钨杂质在边界层的分布情况。模拟结果显示,钨在脱靶情况下所产生的杂质密度比其他运行模式所产生的杂质密度小。与碳杂质输运特性的模拟结果相比,钨杂质的密度有明显的下降,总体分布在1015m-3数量级上。     

氖杂质注入条件下CFETR芯部钨杂质浓度的模拟研究

由于低质量数材料不可接受的高腐蚀率以及氚共沉积的问题,未来聚变堆中更希望使用全钨壁。由于钨在芯部的高辐射冷却率,芯部的钨杂质浓度需要限制在非常低的水平(约10~(-5))。中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)要求其高功率稳态运行,全钨壁是优先考虑的方案。为了估计全钨壁CFETR的芯部钨杂质浓度,用边界等离子体物理模拟软件SOLPS(Scrape-off Layer Plasma Simulation)对下单零偏滤器位形不同氖气(Ne)辐射杂质注入速率下模拟得到边界等离子体背景,再利用蒙特卡罗杂质输运程序DIVIMP(DIVertor and IMPurity)对钨杂质的输运进行了模拟。当Ne注入速率较低、靶板温度仍然较高时,即使仅考虑靶板为钨材料,芯部钨杂质浓度依然过高。当外靶板峰值温度降低至约10 eV时,钨靶板对芯部钨杂质浓度的贡献降至可接受的水平;但当包含主等离子体室壁的贡献时,芯部钨杂质浓度仍然达到10~(-4)的水平。因此当Ne杂质注入速率较高时,过高的芯部钨杂质浓度主要来源于主等离子体室壁。未来的工作中需要进一步关注钨壁对芯部钨杂质浓度的影响。     

EAST辐射偏滤器运行模式下等离子体杂质浓度评估方法

通过在偏滤器区域充入适量氖气（Ne）或氩气（Ar）,东方超环（Experimental Advanced Super-conducting Tokamak,EAST）托卡马克装置实现了辐射偏滤器运行模式。在辐射偏滤器运行模式下,靶板热负荷显著降低,有效缓解了高能粒子流对偏滤器靶板的损伤。但是在偏滤器区域充入过量杂质气体时,杂质粒子会沿着磁力线进入主等离子体,影响主等离子体的约束性能,甚至导致等离子体破裂。因此,有必要研究偏滤器区域等离子体杂质浓度的估算方法,分析充入杂质气体时该区域杂质的定量变化,以此来评估充入的杂质气体对芯部等离子体约束性能的影响。本文针对不同的杂质种类,建立了不同的杂质浓度估算方法。对于钨杂质,通过极紫外光谱（Extreme Ultraviolet Spectroscopy,EUV）诊断系统测量偏滤器区域钨杂质的辐射强度,再根据碰撞-辐射模型对该区域的钨杂质浓度进行了估算。对于Ne杂质,则通过等离子体有效电荷数(Z_eff)的变化进行了Ne杂质浓度估算。基于估算结果,对辐射偏滤器条件下的芯部杂质行为进行了讨论。上述杂质浓度评估方法对开展辐射偏滤器...     

宇宙射线电离强度的测量及其空间变化的经验规律

用RSS-111型高压电离室和FD-71型闪烁辐射仪,在我国不同海面和湖面上测量了宇宙射线电离强度。根据在不同高度和不同纬度的测量数据,总结出宇宙射线电离强度随海拔高度和地磁纬度变化的经验公式,用于计算宇宙射线电离强度。结果与国外同类工作进行了比较。文中也给出了宇宙射线的实测数据,在海面上测量的平均值为2.93×10~(-8)Gyh~(-1)。     

HL-1M等离子体转动数值研究

旨在研究和验证TOKAMAK等离子体转动机理,精心挑选了具有代表性的标准新经典及其推广的等离子体转动理论模型,编制出计算程序ROTATE CODE。采取新的抛物线分布函数双指数调节的参数拟合公式,结合HL-1M的实验测量数据,进行理论模拟计算和比较研究。在HL-1M常规运行参数下,计算结果直观地预言主离子与杂质离子的环向转动速度和极向转动速度的径向分布,在边缘区与Mach探针的实验测量结果合理地相符。这些工作为设计光谱测量仪器精度提供理论依据,对实验方案的制定和测量数据的分析有参考和启发作用。