样条配置法解撕裂模方程

采用样条配置法数值求解环流器等离子体撕裂模方程。文中详细介绍了样条配置法的数学方法,并计算了m>1撕裂模稳定的等离子体电流剖面,拟合了HL-1托卡马克装置低q实验的电流剖面。     

反磁剪切位形下撕裂模的稳定性分析

在托卡马克等离子体放电中,理想的金属壳壁对等离子体中的电磁扰动起稳定作用。电阻性金属壁与等离子体中电磁扰动的作用导致等离子体流速的降低和扰动频率的减少,这种相互作用的增强能够引起等离子体中撕裂模“锁模”现象。下面将讨论在中空的电流分布下,等离子体中存在两个相同模数撕裂模有理面时,撕裂模之间的相互作用和电阻性金属壁对撕裂模稳定性的影响。     

射频波电流驱动抑制双撕裂模不稳定性研究

采用不可压缩磁流体模型,在圆柱位形下研究了射频波电流驱动对双撕裂模不稳定性的影响。结果表明,托卡马克装置中沉积在有理面上的同向驱动电流能有效减缓3/1双撕裂模的发展。电流驱动幅值约占等离子体电流初始值的4%、驱动电流沉积宽度约为小环半径的7%时,抑制效果较好。此外,研究表明,在双撕裂模进入快速增长阶段前加入外部驱动电流,才能有效抑制撕裂模的磁爆发。     

低杂波驱动电流对撕裂模不稳定性的影响

用动力论和磁流体两个途径研究了低杂波驱动电流(LHCD)对撕裂模不稳定性的影响。线性动力论的结果表明:在碰撞区,由低杂波驱动出的快电子对撕裂模扰动的响应,导致了撕裂模的增长率和扰动层宽度的减小。从对托卡马克条件下低杂波驱动电流的数值模拟及解磁流体撕裂模方程可得出,低杂波驱动电流引起电流分布的变化并使有理面移动,从而导致撕裂模的△＇值的变化。在多数情况下,撕裂模会因低杂波驱动电流而被抑制。但在文中所示的参数下,低杂波驱动电流在较高q_α值的等离子体中对撕裂模起增稳作用;而在较低q_α值的等离子体中有失稳作用。这一结果与实验观测结果定性相符。     

低杂波驱动电流对撕裂模不稳定性的影响(英文)

用动力论和磁流体两个途径研究了低杂波驱动电流(LHCD)对撕裂模不稳定性的影响。线性动力论的结果表明:在碰撞区,由低杂波驱动出的快电子对撕裂模扰动的响应,导致了撕裂模的增长率和扰动层宽度的减小。从对托卡马克条件下低杂波驱动电流的数值模拟及解磁流体撕裂模方程可得出,低杂波驱动电流引起电流分布的变化并使有理面移动,从而导致撕裂模的Δ′值的变化。在多数情况下,撕裂模会因低杂波驱动电流而被抑制。但在文中所示的参数下,低杂波驱动电流在较高q_a值的等离子体中对撕裂模起增稳作用;而在较低q_a值的等离子体中有失稳作用。这一结果与实验观测结果定性相符。     

局部驱动螺旋电流对撕裂模不稳定性的影响

采用约化磁流体力学模拟方法,在托卡马克大环径比近似情况下,研究了局部驱动螺旋电流对撕裂模不稳定性的影响,分析了螺旋电流强度、螺旋电流径向沉积宽度以及螺旋电流加入时刻对m=2/n=1经典撕裂模发展过程的影响。研究结果表明：螺旋电流强度的增大和沉积宽度的变窄都会更有效地抑制经典撕裂模的发展,但过强的螺旋电流强度或较小的螺旋电流沉积宽度会引起翻转不稳定性;随着螺旋电流在经典撕裂模发展过程中加入时刻的推迟,其对撕裂模不稳定性的控制效果会越来越差。     

输运与撕裂模相互作用下等离子体的时空结构

应用等离子体一维输运模型与撕裂模理论,对于不同的输运模型及托卡马克放电参数下撕裂模的演变进行了数值的研究。结果表明,能量过程是影响等离子体宏观稳定性行为的一个不可低估的重要因素。它们与磁流体稳定性的相互影响,会使其磁流体形态构成多种时间或空间结构;等离子体温度、密度等宏观参量也将表现出不同的时空特征。     

输运与撕裂模相互作用下等离子体的时空结构(英文)

应用等离子体一维输运模型与撕裂模理论,对于不同的输运模型及托卡马克放电参数下撕裂模的演变进行了数值的研究。结果表明成量过程是影响等离子体宏观稳定性行为的一个不可低估的重要因素。它们与磁流体稳定性的相互影响,会使其磁流体形态构成多种时间或空间结构;等离子体温度、密度等宏观参量也将表现出不同的时空特征。     

STE—2反场箍缩极向偏滤器实验的首批结果

已在有一个外偏滤器室的放电容器中产生了有单极向零的反场箍缩。在目前的实验中没有装上导电壳。极向偏滤器位形维持的时间为壁的时间常数，在磁起伏中ｍ＝１撕裂模的优势不受偏滤器位形的影响。采用偏滤器位形和在偏滤器电流达到主等离子体电流的３０％的情况下，极向偏滤器都没有引起对等离子体性能的有害效应。     

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。     

RFX中主动控制非轴对称螺旋形变的电磁系统

介绍了在反场箍缩中利用旋转磁场进行电阻撕裂模控制的实验，简要评述了撕裂模的特性后，又描述了为防止它们产生负面效应所采取的措施，这些措施包括旋转磁场的产生，它能够改变m=0,n=1撕裂模的动态，在环向场线圈中，将交流电分量叠加在环流上产生了旋转磁场，为此，适当改造了环向场回路，在某些条件下，在等离子体柱的螺旋形变上，旋转磁场产生了一个曳矩，由相锁m=1模产生，因此，形变或者位于所选择的环形位置，或者置于边疆的环形旋转中。     

反磁剪切等离子体中的电阻交换模不稳定性

具有内部输运垒(ITB)的反磁剪切(RS)等离子体位形是在托卡马克中获得高参数的最具前景的途径之一。这种位形不仅改善等离子体约束,而且可以改进象气球模和新经典撕裂模等这类宏观模的稳定性。然而,反磁剪切区域的高压强可以驱动电阻交换模不稳定性,从而破坏中心区的等离子体高参数。为了研究电阻交换模不稳定性的性质,并确定其在RS等离子体中     

TETB堆芯温度、密度、β值和中子功率对加料偏差的动态响应

从托卡乌克工程试验增殖堆(TETB)的设计工作点出发,运用微扰法,考虑当等离子体电流是由外界非感应式低混杂射频功率驱动并维持的情况下,对目前的能量约束经验定标关系作适当的变动。讨论了加料偏差对堆芯等离子体的温度、密度、β值(定义为等离子体热压强与约束它的磁压强之比)和聚变中子功率的影响。计算表明在有电流驱动条件下,对Neo-Alcator定标,ASDEX-H模定标及Kaye-Goldston定标(不管L模还是H模),TETB设计没有工作在奇异点上,对短时间的加料偏差不会出现非常恶性的响应。     

用同轴螺旋性注入维持球马克中的MHD平衡

用同轴螺旋性注入维持的球马克在电流与磁场之比的分布和安全因子分布方面不同于未维持的球马克。用注入器中的Taylor弛缘分布所作的理想MHD模拟预言，约束区域的安全因子一般在0．5和1之间，并在分界面处发散，因为非闭合磁力线携带来自注入器的电流。安全因子是单值的还是双值的，取决于电流分布。模拟预言没有m=1的模有理面，分界面附近除外；希望确定与驱动放电电流的发电机有关的不稳定电阻撕裂模。由此而得到的弱磁剪切在Mercier极限下β约为2％，这可以通过明显不同于Taylor态的电流分布或通过其它效应如等离子体流来改善。本文介绍最近在劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）进行的维持球马克物理实验的例子。     

用锯齿控制新经典撕裂模

新经典撕裂模(NTM)的开始取决于足够大的种子岛的存在。在欧洲联合环(JET)上证明，用长周期的锯齿能很容易地去稳NIMs，例如通过从离子回旋加热或电流驱动的锯齿致稳获得。这对于燃烧等离子体方案有着重要的意义，因为α粒子能强致稳锯齿。同样可以证明，通过刚好在反转半径外加热和电流驱动可去稳锯齿，这样在没有NIMs的情况下可获得较短的锯齿周期和较大的β值。     

螺旋性注入环（HIT—Ⅱ）上的电流驱动实验

螺旋性注入环[HIT—Ⅱ：T．Jarboe et al.，Phys.Plasmas5，1807(1998)]是一个能够进行感应(欧姆)和同铀螺旋性注入(CHI)电流驱动的小环径比托卡马克。虽然HIT—Ⅱ装置的尺寸是中等的(大半径R＝0．3m，小半径a＝0．2m，轴上环向场达到0．5T)，但已证明分别采用CHI或感应都能达到200kA的环向等离子体电流。环电压、边界通量和等离子体平衡可通过实时通量反馈系统控制。在电流斜升和衰减期间HIT—Ⅱ欧姆等离子体呈现出重连事件，这些事件在保持磁螺旋性的同时可弛豫电流分布。已研究了一种采用双零偏滤器(DND)边界通量的新的CHI等离子体运行工况。DND CHI等离子体显示出良好的逐次放电再现性，低的杂质含量，吸收器区的最小的缩减电流以及与大闭合通量芯部区[EFIT:L.Lao et al.,Nucl.Fusion25，1611(1985)]一致的EFIT重建平衡。HIT—Ⅱ DND CHI放电在外中平面也显示出连续的n＝1模，实验上这种模与电流分布弛豫有关。已对螺旋性注入电流驱动的详细解释进行了研究，研究结果与HIT和HIT—Ⅱ放电的实验观察结果一致。按照此机理，n＝1模结构的非对称变形通过发电机作用在芯部等离子体产生电流驱动，从而弛豫CHI驱动的电流分布。     

COMPASS—D托卡马克上用ECRH和LHCD的准稳态高β等离子体和快粒子不稳定性

在COMPASS－D托卡马克上用ECRH改进了准稳态，高β托卡马克等离子体（βN^dia≈2），这些状态维持了20倍于能量约束时间并受到加热脉冲持续时间的限制，第一次只用强电子加热就观察到快粒子不稳定性，等离子体是无锯齿的，而且避免了最危险的（m=2,n=1)新经典撕裂模，该情况是优化加热脉冲定时和利用LHCD的结果。     

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。     

托卡马克破裂先兆的动力学稳定

提出了一种托卡马克破裂先兆的动力学稳定方法,即将一个可控的感生交变电流加在平衡电流上。所施加的交变电流可以是具有适当频率的正弦电流,或是具有一个适当脉冲宽度τ的脉冲电流,或是一个不连续的脉冲电流(它的宽度τ远小于脉冲间隔),或是一个锯齿脉冲电流(它的上升时间远小于下降时间,其比值甚至可能≤10~(-3))。对交变电流驱动的物理模型作了详细的分析。关于交变电流对MHD扰动的抑制作用,从理论上作了分析并从数值上加以证明。结果表明,交变电流能使不连续导数Δ′对稳定撕裂模更有利。所以,只要适当地选取所施加的交变电流的各种参数,就可以有效地抑制MHD扰动,使扰动处在零增长状态,等离子体电流和温度分布保持在初始状态下基本不变,托卡马克处在稳定运行状态。