CF-Ⅱ等离子体环加热和注入实验

CF—Ⅱ等离子体环加热和注入实验,是利用场反向θ-箍缩所产生的等离子体环,通过物理变化导致等离子体环进行轴向激波加热向约束区传输,注入到磁镜系统中约束,以达到延长等离子体环的约束时间。 在形成区产生的等离子体环的参数是:环半径R_s约为4cm,拉长度L_s约为40cm,电子密度n_e=10~(15)cm~(-3),电子温度T_e=20eV,约束时间τ约为30μs。等离子体环以7.8×10~6cm/s的速度从形成区向约束区传输,加热后的电子温度大约为34eV。     

磁镜装置中等离子体加热的实验研究

给出了在简单磁镜装置MM-2及其改进装置MM-2U中电子回旋共振加热(ECRH)和离子回旋共振加热(ICRH)的实验结果。在电子回旋共振加热的实验中,使用一个频率为15GHz,功率约为30kW的微波源,建立了热电子温度为140～170kev的热电子环,这是半径为7～10cm,空间分布为一个非封闭的环。在离子回旋共振加热实验中,使用一个频率为4.81MHz,功率为40kW的射频源,对ECR等离子体进行离子回旋共振加热,观测到离子与电子受到了不同程度的加热,离子温度由原来的平均3eV升到8eV,电子温度由原来的平均20eV升到30eV,且等离子体电位及等离子体的约束特性均有所改变。     

会切装置静电堵漏实验

本文描述了一个静电堵漏会切型等离子体约束系统和实验方法,给出了电子注入、堵漏电极作用,等离子体约束性能实验结果、并对结果进行了必要的分析和讨论。得到的等离子体参数为:密度n=2×10~(10)cm~(-3);寿命τ=2ms;电子温度Te=50eV;等离子体电位φ_p=-68V。证明了密度与磁场的定标关系,堵漏电极的作用是明显和有效的,主要的实验结果与理论相符。 该装置将开展等离子体积累与加热、电势屏蔽、静电堵漏轴对称串级镜端塞的研究。     

会切装置静电堵漏实验

本文描述了一个静电堵漏会切型等离子体约束系统和实验方法,给出了电子注入、堵漏电极作用,等离子体约束性能实验结果、并对结果进行了必要的分析和讨论。得到的等离子体参数为;密度n=2×10~(10)cm~(-3);寿命τ=2ms;电子温度T_o=50eV;等离子体电位φ_p=-68V。证明了密度与磁场的定标关系,堵漏电极的作用是明显和有效的,主要的实验结果与理论相符。该装置将开展等离子体积累与加热、电势屏蔽、静电堵漏轴对称串级镜端塞的研究。     

HL-1M托卡马克等离子体H_α观测

等离子体参数的提高及约束改善是受控核聚变主要的研究课题之一。对于工作气体为氢和氘的等离子体,对H_α/Dα辐射的观测十分重要。氢原子由一个原子核和一个电子组成,在可见光范围,巴尔末线系H_α656.28nm辐射是最强的线,激发能E=12.09eV,跃迁2p·~2po～3d·~2D,一个光子能量hv=3.03×10~(-19)W。电离能E_∞=13.6eV。HL-1等离子体参数为R=102cm,α=17～26cm,电子温度T_e=0.3～1.5keV,     

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％。     

利用类铜离子谱线诊断银等离子体电子密度

测量了激光加热块状银靶产生的等离子体XUV光谱。计算得到电子温度T_e分别为65eV,86eV和130eV时,AgXIX 4s—4p,4p—4d,4d—4f 7条谱线在不同电子密度时的强度。根据AgXIX 4d~2D~(5/2)-4f~2F_(7/2)和4p~2P_(3/2)-4d~2D_(5/2)两条谱线的强度比,推导了激光银等离子体电子密度。当入射激光功率密度为6×10~(12)W/cm~2时,银等离子体电子密度N_e=1×10~(20)/cm~3。     

双会切串级镜MM-4U的首批实验结果

介绍了MM-4U装置的结构、原理和初步实验结果。这些结果主要是:用电子注入可以在装置系统中建立等离子体;测得轴向等离子体电位分布,东、西会切中心和中心室的等离子体电位分别为-180V、-164V和-1.8V;测得轴向电子密度分布与电位分布有相同形式,3个中心的密度分别为1.7×10~(11)cm~(-3),4.7×10~(10)cm~(-3)和7.5×10~7cm~(-3);东、西会切中心电子温度分别为(19.9±1.6)eV、(20.7±1.7)eV;距西端会切中心8cm处的等离子体压强约为6.76Pa,β约为1.7×10~(-3);在中心室观测到不稳定性,振荡频率为7～9.2kHz。对上述结果进行了分析,提出了进一步研究的实验课题。     

双会切串级镜MM-4U的首批实验结果

介绍了MM-4U装置的结构、原理和初步实验结果。这些结果主要是:用电子注入可以在装置系统中建立等离子体;测得轴向等离子体电位分布,东、西会切中心和中心室的等离子体电位分别为-180V、-164V和-1.8V;测得轴向电子密度分布与电位分布有相同形式,3个中心的密度分别为1.7×10~(11)cm~(-3),4.7×10~(10)cm~(-3)和7.5×10~7cm~(-3);东、西会切中心电子温度分别为(19.9±1.6)eV、(20.7±1.7)eV;距西端会切中心8cm处的等离子体压强约为6.76Pa,β约为1.7×10~(-3);在中心室观测到不稳定性,振荡频率为7～9.2kHz。对上述结果进行了分析,提出了进一步研究的实验课题。     

密度定标律研究和离子能谱测量

给出了静电堵漏会切装置中等离子体密度与磁场平方成正比的实验结果,证明了密度定标律是正确的。测得的最大平均密度为5.6×10~(11)cm~(-3),约束时间为3～5ms。用多栅分析器测量了电子和离子能谱。实验中发现存在两种离子温度,典型结果为80eV和140eV,阳极区的电位下降约-184V,最后对实验结果进行分析和讨论。     

HL-1装置初步实验研究

HL-1装置在纵向磁场2.3T下运行,获得了135kA平衡稳定等离子体(平顶时间150ms)。电子温度500eV,电子密度2.5×10~(13)cm~(-3),能量约束时间10ms,有效电荷数小于3,最低稳定运行安全因子2.5。实验表明,纵场杂散分量仅约纵场的万分之一,导体壳和平衡场基本上能保证等离子体的平衡。放电延续时间可长达1.04s。在对MHD稳定性进行大量观测的基础上,确定了稳定运行区域;极限密度符合Murakami定标律。在现有的欧姆加热条件下,能量约束时间服从Alcator C定标律。本文对实验结果进行了综合分析讨论。     

HL-l装置初步实验研究

HL-1装置在纵向磁场2.3T下运行,获得了135kA平衡稳定等离子体(平顶时间150ms)。电子温度500eV,电子密度2.5×10~(13)cm~(-3),能量约束时间10ms,有效电荷数小于3,最低稳定运行安全因子2.5。实验表明,纵场杂散分量仅约纵场的万分之一,导体壳和平衡场基本上能保证等离子体的平衡。放电延续时间可长达1.04s。在对MHD稳定性进行大量观测的基础上,确定了稳定运行区域;极限密度符合Murakami定标律。在现有的欧姆加热条件下,能量约束时间服从Alcator C定标律。 本文对实验结果进行了综合分析讨论。     

MM-4U中等离子体约束位形实验研究

给出了不同镜比下的磁场轴向分布的测量结果,实验与理论计算符合较好。测得了4种镜比下的等离子体电位轴向分布,结果表明,各镜比下都可以建立具有热垒形式的负电位轴对称串级镜约束位形,且中心室等离子体电位绝对值随镜比的减小而增加。测得的密度分布与电位分布有类似形式。等离子体参数的典型值如下:东、西端室和中心室的等离子体电位分别为-126V,-105V和-50V;电子密度分另为4.0×10~(10)cm~(-3),3.6×10~(10)cm~(-3)和 2.0×10~(10)cm~(-3);电子温度为43eV。初步测得了电子温度与注入电子能量呈线性关系;等离子体电位绝对值和电子密度随注入电子能量的增加而增加;电子密度随磁场平方线性增加。最后,对上述结果进行了分析。     

MM-2磁镜装置上的电子回旋共振加热实验

在MM-2单磁镜装置上完成了电子回旋共振加热实验。装置中心的磁场强度约为3×10~(-1)T,磁镜比等于2.64:1,磁峰距为60cm,真空室内径为20cm,通过微波辐射耦合到中心平面的真空室而产生等离子体并使之加热。微波功率源是一个振动陀螺仪,它在10ms的脉冲持续时间内产生15MHz频率的30kW的输出功率。当出现反磁性信号时,观察到了硬X射线信号。轫致辐射发射分析表明:热电子温度约为25～30keV,通过多栅能量分析器测得的电子密度约为1.1～3.9×10~(10)cm~(-3)。     

MM-2磁镜装置上的电子回旋共振加热实验

在MM-2单磁镜装置上完成了电子回旋共振加热实验。装置中心的磁场强度约为3×10~(-1)T,磁镜比等于2.64:1,磁峰距为60cm,真空室内径为20cm,通过微波辐射耦合到中心平面的真空室而产生等离子体并使之加热。微波功率源是一个振动陀螺仪,它在10ms的脉冲持续时间内产生15MHz频率的30kW的输出功率。当出现反磁性信号时,观察到了硬X射线信号。韧致辐射发射分析表明:热电子温度约为25—30keV,通过多栅能量分析器测得的电子密度约为1.1—3.9×10~(1o)cm~(-3)。     

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)/     

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。     

CCD相机在观测弹丸消融过程中的应用

我们利用高速、高时空分辨率面成像CCD相机在HL-1M弹丸注入方向上对弹丸的消融全过程进行了观测,拍摄到了HL-1M等离子体中注入氢弹丸时的H_α辐身照片。 弹丸与等离子体的相互作用是十分复杂的过程,大致可以分为两个阶段:第一阶段弹丸表面被加热而升华;第二阶段是蒸发、消融,之后弹丸被中性气体所包围,形成云。其消融率为其中,n_e/cm~(-3)为电子密度,T_e/eV为电子温度,r_p/cm为弹丸半径,M_i为弹丸质量(原子单位)。     

在MM-2磁镜上对热电子环的实验观测

通过注入15kW、15GHz的微波进行电子回旋共振加热,在MM-2简单磁镜中建立了热电子环。电子环半径约为4～5cm。实验观察到了电子环对低频扰动的抑制作用。从低频扰动的再次爆发可推测在微波关断以后热电子环仍可存在10～15ms,而表征热电子存在的X射线辐射可延续50～70ms。微波启动的头2ms的主要作用是电离工作气体,在15kW、9ms微波注入 的实验条件下,建立热电子环的最佳充氢气压为1.2×10~(-3)Pa。     

MM-2电子回旋共振加热实验的等离子体诊断

主要叙述了MM-2装置通过ECRH加热等离子体并形成热电子环的实验诊断方法,原理、结果和讨论。该方法采用多栅分析器测得了冷等离子体电子密度和温度、离子密度和温度、冷电子端损失分布和冷等离子体电子密度径向分布、寿命及电子环的位置大小。本文还扼要介绍了低频扰动的测量方法测得电子环的形成时间和存在时间。