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％。     

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。     

脉冲分子束注入HI-1M装置等离子体行为研究(英文)

介于已有的喷气(Gas puffing)和弹丸注入(Ice pellet injection)之间,提出了一种新的托卡马克加料手段—脉冲超声分子束注入。在较高的粒子注入通量5×10~(19)脉冲~(-1)时,氢分子的速度仍可达到500m/s。一系列氦分子束脉冲注入初始密度为(?)=0.4×10~(19)m~(-3)HL-1M真空室氢等离子体,经过160ms,密度上升至(?)=5.4×10~(19)m~(-3)。根据脉冲分子束注入初期氦光谱(HeⅠ587.6nm)强度的径向分布,1/3峰高位于r=12cm附近。注入后粒子约束时间增加5倍。由于气体粒子注入深化,电子密度峰化因子Q_n=n_e(0)/     

脉冲分子束注入HL-1M装置等离子体行为研究

介于已有的喷气(Gas puffing)和弹丸注入(Ice pellet injection)之间,提出了一种新的托卡马克加料手段——脉冲超声分子束注入。在较高的粒子注入通量5×10~(19)/脉冲时,氢分子的速度仍可达到500m/s。一系列氦分子束脉冲注入初始密度为(?)=0.4×10~(19)m~(-3)HL-1M真空室氢等离子体,经过160ms,密度上升至(?)=5.4×10~(19)m~(-3)。根据脉冲分子束注入初期氦光谱(He I 587·6nm)强度的径向分布,1/3峰高位于γ=12cm附近。注入     

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。     

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。     

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     

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。     

HL-1M装置边缘等离子体特性研究

边缘和芯部等离子体的同时控制对优化托卡马克等离子体性能是重要的。边缘等离子体密度、温度和空间电位等通常采用朗缪尔静电探针测量,而旋转速度可用马赫探针测量。好的加料技术对于获得高性能等离子体也很重要,在HL-1M装置上已开展了8发弹丸注入和分子束注入(MBI)加料实验,它能使等离子体产生中空的温度和电流密度分布,并容易获得高密度和良好的约束。本文主要介绍在低杂波电流驱动(LHCD)、多发弹丸注入和MBI三种典型放电中边缘等离子体参数的测量结果。     

HL-1M等离子体加料密度特性

等离子体加料和密度控制是磁约束核聚变基本研究内容之一。HL-1M实验装置用8发PI系统与SMBI和GP组成联合加料系统,以它们相互配合进行了一系列放电实验,取得了丰硕的成果,本文就等离子体电子密度、改善约束特性与燃料粒子注入深度、放电装置器壁再循环的关系等结果作一介绍。     

HL-1M NBI束分布测量的改进

受控聚变研究领域取得的重要进展是与中性束技术的发展和大功率快粒子中性束注入密切相关的。中性束注入是等离子体辅助加热、非感应电流驱动、加料和控制等离子体电流分布的主要技术手段。     

弹丸实验中的粒子约束特性分析

多年来,许多托卡马克装置都在进行着氢弹丸和氘弹丸的注入实验研究,其主要目的在于探索用弹丸注入方法对将来聚变反应堆实验再加料的可行性。因为弹丸加料与气体加料相比具有使大部分加料粒子能沉积在等离子体芯部的明显优点。芯部加料可以产生更峰化的密     

中国散裂中子源加速器注入束流损失调节研究

注入系统是中国散裂中子源（CSNS）加速器的核心组成部分,对束流功率提升和稳定供束运行具有重要意义。注入束流损失是快循环同步加速器（RCS）能否在高功率下运行的决定因素之一。本文首先研究CSNS加速器注入束流损失的主要来源,包括注入参数不匹配、注入方式选择、剥离膜散射粒子损失、未被剥离的粒子损失等。其次,根据加速器的束流调节进程,对不同来源的束流损失进行调节和优化,降低注入束流损失,提高注入效率。最后,总结注入束流损失调节结果,初步测量得到注入效率约99%,并对进一步降低注入束流损失、提高注入效率提出改进方法和意见。     

HL-1M装置弹丸穿透特性的分析

在HL-1M装置氢弹丸注入实验中,通过观测注入截面中的氢原子的H_α线发光强度对时间和空间的变化,在对几十发不同直径的弹丸注入方法进行分析的基础上,重点研究了氢弹丸的穿透特性、注入深度与弹丸速度之间的关系。 Spitzer于1954年就提出了采用弹丸注入方法对等离子体进行加料的设想,但时隔20年后,这种设想才引起人们的关注。由于弹丸注入加料效率高,且为控制等离子体密度提供了灵活性,而用中性气     

强流紧凑型回旋加速器注入线Beam Profjle在线监视系统

束流分布在线测量系统的任务是完成注入线上法拉第筒处的束流径向分布测量，主要用于诊断束斑大小和形状，为离子源束流指标测试、束流引出做好准备工作。同时调束试验中，利用束流分布在线测量系统可判断束流中负氢离子束的径向分布，为离子源的调试、试验提供1种测量手段。     

重离子同步加速器中剥离累积时碳膜对束流的影响研究

治癌专用重离子加速器HITFiL中同步加速器的注入系统采用了剥离注入方式。剥离膜的存在使束流克服了刘维定理的限制从而累积达到较高流强,但粒子多次穿越剥离膜也会造成束流损失并使得束流品质变坏,其中包括:1)粒子从膜原子中俘获电子使粒子电荷态发生改变而导致束流损失;2)剥离膜对束流的多重库仑散射导致束流发射度增长;3)束流在剥离膜中的能损及能量岐离导致束流中心动量减少并使得动量分散增长。本文通过研究剥离注入过程中粒子与物质的相互作用规律,用蒙特卡罗方法建立了剥离膜与粒子的作用模型,在对ACCSIM程序改进的基础上研究了剥离膜对束流的影响。     

电子直线加速器注入器中束流横向发散度的计算

在联立电子直线加速器中粒子运动方程的基础上,建立了一种计算束流横向发散度的方法,将束流划分为若干个等电荷的同心环,追踪它们的代表粒子在注入器中的运动,依照所有粒子的γ、P_r和方位角θ值,计算出束流的均方根发散度。在实例计算中给出了粒子的运动轨迹和相位会聚图象以及注入器出口处粒子的相图,计算了束流的均方根发散度,并对阴极磁场和轴向聚焦磁场对横向发散度的影响作了讨论。     

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。     

在HL-1M装置中加热与加料匹配问题的理论研究

加热与加料是HL-1M装置上两个重要实验课题。为了在有辅助加热的情况下,所加燃料大都沉积在磁轴附近,文中提出了一种加热与加料交叉实施方案,这就出现了两者之间的匹配问题,因为有效的加热往往有赖于良好的密度分布,而预期的加料沉积又与等离子体加热结果相关。这里根据每种加热的有效条件,给出了加料的要求,即注入弹丸的大小和个数。     

强流紧凑型回旋加速器注入线Beam Profile在线监视系统

束流分布在线测量系统的任务是完成注入线上法拉第筒处的束流径向分布测量,主要用于诊断束斑大小和形状,为离子源束流指标测试、束流引出做好准备工作。同时调束试验中,利用束流分布在线测量系统可判断束流中负氢离子束的径向分布,为离子源的调试、试验提供1种测量手段。 1 测量原理 法拉第筒头部结构示于图1。法拉第筒位于束流注入线之上,外部离子源之下。在法拉第筒头部挡板上开1条2 mm宽的线缝。当法拉第筒进入和退出时,束流通过线缝打到下面的测量电极上,与大地形成回路。法拉第筒尾部连接涡轮涡杆,带动定位滑动电阻,提供线缝的相对位…