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-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。     

碳团簇C_n~+(n=1─5)注入NaCl晶体的模型

600keV的荷能碳团族离子C+n（n=1─5）注入到NaCl单晶,当入射粒子的速度v大于玻尔速度v0（=c/137）时,能量转移主要是由入射粒子与靶原子的核外电子碰撞造成的。假定团簇中各原子的能量歧离大于它们的结合能时,团簇状态已经结束,各原子成为独立的粒子。利用Trim程序对碳团簇在NaCl单晶中的射程进行了模拟,得到团簇区域的长度为278－321nm,总射程为686nm。     

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。     

氘团簇离子（d^＋3）与固体相互作用过程中的团簇行为研究

讨论了由三个氘原子组成的氘团簇离子束与独立氘离子束在轰击固体靶时,在原子过程呼Ｄ－Ｄ核聚变过程中体现出的差别。对氘团簇与固体靶相互作用的机理进行了分析。     

碳团簇Cnn+(n=15)注入NaCl晶体的模型

６００ｋｅＶ的荷能碳和簇离子Ｃ＾＋ｎ（ｎ＝１－５）注入到ＮａＣｌ单晶,当入射粒子的速度ｖ大于玻尔速度ｖ０（＝３／１３７）时,能量转移主要是由入射粒子与靶原子的核外电子碰撞造成的。假定团簇中各原子的能量岐离大于它们的结合能时,团簇状态已经结束,各原子成为独立的粒子。     

氘团簇离子(d3+)固体与相互作用过程中的团簇行为研究

讨论了由三个氘原子组成的氘团簇离子(d3+)束与独立氘离子束在轰击固体靶时,在原子过程和D-D核聚变过程中体现出的差别.对氘团簇与固体靶相互作用的机理进行了分析.     

碳团簇Cn^＋（n=1—5）注入NaCl晶体的研究

能量为0.6MeV/C荷能碳团簇离子Cn^ (n=2-5)注入到NaCl单晶,利用TRIM程序对碳团簇在NaCl单晶中的射程进行模拟,碳团簇NaCl单晶内存在一定长度的“团簇区域”。光学吸收谱表明：由于团簇区域的存在,不同碳离子团簇辐照产生的缺陷种类浓度都有很大不同,较大团簇会产生V2和V3色心,色心浓度也较大。     

碳团簇C+n(n=1—5)注入NaCl晶体的研究

能量为 0 .6MeV/C荷能碳团簇离子Cn+(n =2— 5)注人到NaCl单晶 ,利用TRIM程序对碳团簇在NaCl单晶中的射程进行模拟 ,碳团簇NaCl单晶内存在一定长度的“团簇区域”。光学吸收谱表明 :由于团簇区域的存在 ,不同碳离子团簇辐照产生的缺陷种类浓度都有很大不同 ,较大团簇会产生V2 和V3色心 ,色心浓度也较大。     

碳团簇Cn+(n=1-5)注入CR39树脂的吸收光谱研究

利用2×1.7串列加速器产生的团簇离子Cn+(n=l-5)注入到CR39树脂中,树脂的光吸收性质因注入的团簇离子的剂量、剂量率以及团簇中所含原子的个数不同而有不同的变化.该项研究表明团簇与固体相互作用时团簇效应是通过电子阻止来体现的.     

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。     

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     

氘团簇离子(d3+)固体与相互作用过程中的团簇行为研究

讨论了由三个氘原子组成的氘团簇离子(d     

W及W-Mo团簇吸附H2分子的密度泛函研究

采用密度泛函广义梯度近似(GGA)的PW91方法,用全电子基组DNP对Wn(n=2-5)及W-Mo团簇几何结构进行优化,计算团簇电子结构参数,考察H2分子在W团簇上的吸附行为,并计算W4、W2Mo2团簇吸附H2分子的Mulliken电荷布居.结果表明:Wn(n=2-5)团簇为共价性成键特点,吸附H2分子的吸附能在0.0...     

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     

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。     

MeV碳离子及碳团簇C2+注入PC膜的光吸收谱研究

研究了MeV碳离子及碳团簇C2 注入的聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)膜.光吸收谱研究结果表明,离子注入在聚合物近表面产生了断键及缺陷,改变了PC的光吸收性质,在可见光区域有较明显的吸收,并且吸收边与注入离子的种类、能量和注量密切相关.X射线光电子谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)对PC的近表面结构和成分配比进行了分析,证实了以上的结论.     

荷能团簇碰撞沉积装置中飞行时间质谱仪的物理设计

介绍了荷能团簇飞行时间质谱仪的原理及其在荷能团簇碰撞沉积装置中的物理设计。对实验中出现的若干问题进行了探讨,并提出了解决的措施。     

原子核中的α团簇对核反应与相对论重离子碰撞的影响

团簇结构可以稳定存在于原子核的内部。研究原子核的α团簇结构及其影响在核物理与天体物理中是一个十分重要的课题。在过去几十年里,原子核的团簇结构效应在重离子核反应中有了较多的研究。本文主要总结了在核反应与相对论重离子碰撞中对原子核的α团簇结构效应的研究。例如,通过原子核的巨共振来研究原子核的团簇结构。通过核反应中的粒子（包括中子、质子以及光子）的发射与关联、集体流等研究原子核的团簇结构。进一步,我们把原子核的团簇效应延伸推广到相对论重离子碰撞中,比如,对集体流及其涨落、HBT(Hanbury Brown and Twiss)关联、多重性关联、双强子方位角关联、电磁场等的研究。     

Be_n(n=1～6)团簇吸附H_2的密度泛函研究

采用密度泛函广义梯度近似(GGA)的PW91方法,用全电子基组DNP对Ben(n=2～6)团簇几何结构进行优化,计算了团簇的总能、平均结合能、振动频率、最高已占据轨道能级、最低未占据轨道能级、能隙、垂直电离势和垂直亲和势。在Ben(n=1～6)团簇的顶位、桥位和穴位吸附H2后,进行了吸附物的几何优化和能量计算,得到最佳吸附位,并计算了吸附前后的总态密度和Mulliken电荷布居。结果表明:团簇中Be原子数增多,稳定性增强;吸附H2的吸附能处于0.0061982～0.0089722a.u.之间;随着Be团簇原子数量增加,与H的s-p杂化程度增强;吸附位对应的电荷转移量越大,吸附越牢固。