EAST托卡马克等离子体电流和位形演化的数值模拟

EAST托卡马克是世界上第一台全超导托卡马克装置.文章利用普林斯顿大学开发的著名托卡马克模拟程序对EAST的首轮放电中等离子体电流和位形的控制进行了数值模拟,获得的结果与实验吻合得很好,说明控制系统的稳定性.同时模拟结果对EAST今后开展等离子体平衡和控制系统设计有重要的参考价值.     

EAST托卡马克拉长位形演化的数值模拟

文章利用TSC对先进实验超导托卡马克(EAST)拉长偏滤器位形的放电进行了数值模拟,放电全过程中等离子体电流、等离子体大半径、小半径、拉长比随时间演化的模拟结果与实验结果及与EFIT反演结果吻合很好,为相关实验和开展更深入的EAST放电模拟研究提供了理论依据。     

低杂波电流驱动等离子体中热电导的分析(英文)

研究了在HT-7托卡马克低杂波电流驱动实验中,等离子体环电压不为零时热电导与剩余环向电场之间的相互作用.实验发现在部分非感应电流驱动实验中,热电导增强了电流驱动.给出了低杂波电流驱动实验中等离子体的热电导.     

基于Corsica的EAST等离子体平衡计算

等离子体平衡是托卡马克等离子体放电和控制的基础,文章利用Corsica程序,结合实验给出EAST放电过程中等离子体平衡位形的建立和等离子体电流、密度及温度剖面分布信息;同时在平衡位形建立的基础上开展了放电模拟研究,脉冲过程中等离子体电流稳定演化、等离子体大半径和小半径等重要参数的模拟结果与实验吻合较好.     

EAST中性束注入电流驱动的数值模拟研究

长脉冲高参数稳态运行是EAST的主要科学目标,因此大功率的辅助加热手段是必需的。文章基于EAST实验等离子体放电数据,针对EAST不同的中性束物理实验的需要,在不同的背景等离子体和中性束参数下模拟研究中性束注入的加热和电流驱动效果,包括不同的中性束注入功率和束能量等,模拟预测结果对开展EAST中性束注入实验研究具有参考意义。     

2016年中国科技刷出新高度

 2016年,科技界取得一系列突破性成果,中国取得可喜的成绩。 2月3日,中国科学院合肥物质科学研究院宣布,中国大科学工程“人造太阳”EAST成功实现电子温度超过5000万℃、持续时间达102 s的超高温长脉冲等离子体放电;11月,“人造太阳”EAST获得超过60s的完全非感应电流驱动（稳态）高约束模等离子体,成为世界首个实现稳态高约束模运行持续时间为分钟量级的托卡马克核聚变实验装置。     

“东方超环”创两项世界纪录

正本刊讯近日,被称为"人造太阳"实验装置的东方超环(EAST)超导托卡马克2012年物理实验顺利结束,创造了两项托卡马克运行的世界纪录:获得超过400秒的2000万度高参数偏滤器等离子体;获得稳定重复超过30秒的高约束等离子体放电,标志着我国在稳态高约束等离子体研究方面走在世界前列。高参数、高约束模式偏滤器等离子体是未来聚变托卡马克放电的最基本运行方式。     

EAST全超导托卡马克高约束稳态运行实验研究进展

开发安全、清洁的核聚变能,最终解决人类能源危机是聚变科学与技术研究的终极目标. 21世纪初启动建设的国际热核聚变实验堆(ITER)项目,促使聚变能开发朝商业应用迈进了一大步.具有ITER类似结构的托卡马克(Tokamak)磁约束聚变装置开展的等离子体放电实验,成为了现阶段聚变能开发研究的焦点.中国科学院等离子体物理研究所自主设计、建造的全超导托卡马克EAST,面向未来聚变反应堆关键的工程与物理问题开展了大量的探索研究.其中,在关于聚变反应堆能否经济实用地投入商用发电的高约束稳态运行实验研究方面,取得了一系列重大突破.继2012年实现400 s低约束模长脉冲运行、验证系统长脉冲运行能力之后, 2017年EAST又刷新了高约束模等离子体放电运行时间的世界纪录,成为首个具备100 s量级高约束模准稳态运行能力的托卡马克装置,并且首次触及到了磁约束聚变等离子体中最长的时间尺度——粒子平衡时间.为面向反应堆燃烧等离子体第一壁高热负荷承载,高约束边界局域模抑制以及长时间稳态运行控制的工程与物理问题的开拓研究,提供了国际磁约束聚变界最好的实验平台.现已在EAST上开展了钨铜水冷偏滤器、锂化第一壁、射频波电流驱动、弹丸注入、精确磁面位形控制、边界局域模和高热负荷缓解等一系列相关实验,并取得了重要的研究进展.     

提高等离子体密度对不同放电条件下逃逸电子行为对比分析

利用硬X射线诊断系统,对比分析了提高等离子体密度对欧姆放电和低杂波电流驱动放电下逃逸电子行为的影响.实验结果表明:在欧姆放电平顶阶段提高等离子体密度能有效抑制强逃逸分布,然而在低杂波关断时提高等离子体密度并没有抑制电子逃逸,反而出现逃逸电子雪崩增长.根据不同逃逸产生机制对该现象进行了对比分析.     

低杂波电流驱动托卡马克运行参数空间研究

利用CSD模型分析了粒子流和热流相空间中低杂波电流驱动托卡马克装置的运行参数空间,详细研究了边缘杂质辐射、边缘抽送气和芯部自举电流对托卡马克运行参数空间的影响.结果表明,边缘区域高杂质辐射、中性气体送气和芯部等离子体自举电流都有利于改善托卡马克运行参数空间.     

2007年度安徽省十大科技进展新闻候选名单

1．科学岛EAST实验研究首次实现跨国远程控制等离子体放电 国家重大科学工程项目“EAST超导托卡马克核聚变实验装置”实现了跨国远程控制等离子体放电。美国通用原子能公司专家通过专用数据网，轻点鼠标即可轻松启动并运行地球另一端的中国核聚变实验装置。进行跨国实验的美国通用原子能公司DIII—D核聚变实验室专家，通过专用数据网看到的实验数据及放电图像与中国科学家在控制室里看到的完全一样。他们在第一次跨国操作中，获得了电流250千安、时间接近5秒的高温等离子体放电。     

背景资料:2007年度安徽省十大科技进展新闻候选名单

1.科学岛EAST实验研究首次实现跨国远程控制等离子体放电 国家重大科学工程项目"EAST超导托卡马克核聚变实验装置"实现了跨国远程控制等离子体放电.美国通用原子能公司专家通过专用数据网,轻点鼠标即可轻松启动并运行地球另一端的中国核聚变实验装置.进行跨国实验的美国通用原子能公司DⅢ-D核聚变实验室专家,通过专用数据网看到的实验数据及放电图像与中国科学家在控制室里看到的完全一样.他们在第一次跨国操作中,获得了电流250千安、时间接近5秒的高温等离子体放电.     

面向磁约束聚变实验的先进中子发射谱仪诊断的研究

本文评述了EAST和HL－2A托卡马克装置上开展的聚变发射中子谱仪研究的进展．面向等离子体物理研究和ITER装置中子诊断技术发展的最新需求,针对EAST和HL-2A托卡马克装置的低中子产额（10^9-10^11s^-1）场,设计和发展了全数字化的液体闪烁谱仪和芪晶体中子谱仪．进行了EAST和HL-2A放电实验聚变中子产额随时间演化规律的研究,开展了HL-2A装置上NBI辅助加热效果的评估和EAST聚变等离子体锯齿震荡的中子通量诊断．使用液体闪烁谱仪和芪晶体中子谱仪测量实现了EAST放电的芯部聚变离子温度诊断,首次将托卡马克装置实验中子能谱直接诊断离子温度的下限推到1keV以下．在EAST装置上建设的双环式球形阵列中子飞行时间谱仪将为托卡马克装置辅助加热和快离子物理研究打下坚实的基础．     

合肥科学岛新一代核聚变实验装置成功实现首次放电

9月28日，中科院合肥物质科学研究院等离子体所研制的全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置（EAST）成功实现首次放电。这标志着世界上首台由我国自行设计、研制的新一代核聚变实验装置建成并正式投入运行，我国磁约束核聚变研究已进入国际先进水平。在首轮物理放电实验过程中，这一实验装置成功获得电流200千安、时间近3秒的高温等离子体放电。据EAST大科学工程首席科学家万元熙介绍，目前放电实验还在进行中，各项实验参数正在不断提高，显示了EAST装置良好的整体性能。同日，EAST通过国家“九五”大科学工程专家组工艺鉴定。     

利用热电导理论研究低杂波电流驱动效率

文章在典型的低杂波电流驱动实验中采用低杂波功率扫描的方法研究了低杂波电流驱动效率。利用热电导理论得到的拟合公式拟合实验数据得到了低杂波完全非感应电流驱动效率以及热电导对电流驱动的贡献,低杂波的全波驱动效率为η0=0.349×10^19Am^-2W^-1,由热电导贡献的电流驱动为η1=0.674×10^19Am^-2W^-1。实验发现热电导在等离子体环电压不为零的时候通过和电场的协同作用大大增强了电流驱动。     

壁处理对HT-7托卡马克欧姆放电时自举电流的影响

分析了HT-7托卡马克壁处理前后欧姆放电时的自举电流占总等离子体电流比例的变化情况.壁处理以后,等离子体的密度分布变宽,等离子体压力梯度在边界较大,边界的电子温度比壁处理前高,从而碰撞频率降低,使得自举电流成份比例从壁处理前的小于5%增大到百分之十几.这一变化解释了壁处理后稳态放电时,等离子体电流可以轻松放大且等离子体电流分布变宽的现象.     

HT－7超导托卡马克电流调制抑制破裂不稳定性的实验研究

HT-7超导托卡马克上的实验观察到,通过对等离子体环向电流的交流调制(即振荡通量电流驱动)的方法,可有效抑制撕裂模不稳定性,从而抑制大破裂。环向电流的交流调制也可减轻等离子体与壁的相互作用,减少杂质辐射,延长托卡马克等离子体放电时间。HT-7超导托卡马克上的实验发现,用等离子体环向电流的交流调制的方法,有效抑制MHD、推迟或避免大破裂的阈值是：当等离子体电流的交流调制幅值与等离子体电流的比值为10％～30％时有明显的抑制效果,小于10％时无抑制效果,大干35％会影响等离子体的稳定性。     

EAST装置H模时的电子热输运系数

研究了在先进实验超导托卡马克(EAST)上,由低杂波(LHW)和离子循环射频(ICRF)加热实现高约束模式(H模)放电的等离子体中的电子热输运情况。通过计算得出,H模相比于L模(低约束模式)电子热输运系数显著下降,特别是在等离子体边缘地区。在典型炮号(33068#、38300#、40823#)中,归一化温度梯度特征长度(R/L_(Te))的阈值应该是3~11。这三炮的约束时间与电子热输运系数相关,当电子热输运系数越大时,约束时间越小。     

HL-2A托卡马克等离子体中的离散阿尔芬本征模

在HL-2A装置上,运用磁流体力学数值模拟程序,探究了在低杂波辅助加热放电方案中,低杂波能量沉积区域内的离散阿尔芬本征模(αTAE,α是等离子体压强梯度的标度)的物理特征;探讨了不同等离子体剖面下,αTAE的分布情况.运用线性回旋动理学和磁流体力学混合模拟程序,研究了中性束注入不同能量的粒子对αTAE的影响;另外,还探究了能量沉积区域内的αTAE被高能量粒子激发成不稳定性的物理特征.通过模拟发现,在该装置上α的值相对较小,αTAE主要分布在负磁剪切区域.在低杂波能量沉积区域内伴有丰富的αTAE,且低杂波能量沉积量越大,αTAE频率越高.此外,在不同等离子体剖面下,大量αTAE被束缚于沿HL-2A托卡马克小半径方向上的不同区域.随着中性束注入粒子能量逐渐增大,αTAE的多支模也被激发成不稳定模式,这种不稳定模式潜在影响托卡马克对等离子体的约束性能.     

EAST 2450 MHz LHCD系统环行器结构设计

根据微波设计结果,结合EAST装置上2450 MHz低杂波电流驱动系统设计要求,综合了材料选择、结构形式、密封要求、主动水冷和工艺方案等因素,采用整体式设计方案完成低杂波系统环行器的结构设计.测试结果表明,自助研制产品已达到国际先进水平.