托卡马克装置EAST中快离子反常扩散对热输运的影响

研究了EAST装置中性束注入加热等离子体时的快离子扩散行为,并研究了其对等离子体有效热输运系数的影响。通过利用输运代码(TRANSP)程序以及蒙特卡洛代码(NUBEAM)模块对等离子体放电进行模拟,发现当安全因子的最小值qmin接近于2的时候,快离子的扩散是反常的;当qmin约等于1时,快离子扩散符合新经典理论。此外发现当快离子反常扩散时会导致中性束注入(NBI)的加热效率降低,并且等离子体储能以及总加热功率也会发生明显下降,且快离子扩散和电子温度会对等离子体有效热输运系数产生相反影响。该研究结果有助于理解EAST装置在有NBI情况时的快离子反常输运并为实验提供指导。     

EAST托卡马克实验中的L模和H模电子尺度湍流的特征

湍流是托卡马克等离子体反常输运的原因,可能对低约束模式(L-mode)和高约束模式(H-mode)的输运产生重要影响.通过集体汤姆逊散射诊断系统研究EAST(experimental advanced superconducting Tokamak)托卡马克实验中的L模和H模电子尺度湍流的特征.结果表明：第75286号炮放电中的H模的粒子输运得到很大改善而热输运改善不大;等离子体由L模进入H模后,梯度区湍流强度的下降比芯区湍流强度的下降更明显,不同空间区域的湍流强度变化存在差异;H模粒子输运和热输运的差异可能是TEM和ETG波数范围湍流的光谱差异导致的.     

锥齿形电极介质阻挡放电特性的研究

提出一种用于流体等离子体化学反应的锥齿形介质阻挡放电电极结构,并从放电形貌、放电电流波形和功率注入效率等方面,探讨了锥齿形放电电极结构在等离子体形成区域,放电强度,等离子体区域流体分布等方面的特性.实验结果表明,在相同放电条件下,锥齿形放电电极结构的微放电电流峰值及注入功率都比平板形电极结构的大,锥齿形电极介质阻挡放电电极结构更有利于流体物质的等离子体化学反应.     

用于自由基诊断的分子束飞行时间质谱仪的研制

为对等离子体中间自由基物种进行质谱诊断,设计一种利用激光,电高技术对大气压脉冲放电等离子体中性自由基进行电离再由分子束飞行时闻(MB-TOF)质谱诊断的实验装置,并通过该装置对C6H6/Ar脉冲放电等离子体进行实验研究,测得C4H2、C4H9、C5H5和C6H3等许多自由基物种.实验结果表明,MB-TOF可以诊断等离子体中的自由基.     

微空心阴极放电构成的紫外准分子灯

根据微空心阴极放电(m icrohollow cathode d ischarge,简称MHCD)的基本结构,设计了一种新颖的放电结构,它利用MHCD与第三电极(金属针)之间构成新的放电方式,产生大体积高电流密度的辉光放电等离子体,利用等离子体中强烈的准分子辐射制作紫外准分子灯。利用该放电结构进行了Xe气的放电实验,实验测到了波长为172nm的强烈准分子辐射;在400Torr气压下放电,大约有15%的内部效率;当21个这样的放电并联运行时,获得了功率密度为15mW/cm2的真空紫外光输出。实验结果表明:利用这种结构能够制作出高功率的紫外准分子灯。     

设计参数对脉冲等离子体推力器性能的影响

脉冲等离子体推力器的性能受电气参数、结构设计参数等方面的影响.针对脉冲等离子体推力器效率低的问题进行了理论分析并设计实验进行了验证,研究了设计参数与推力器性能之间的关系.结果表明,推力与放电电流有密切的关系,而脉冲等离子体推力器的电极间距、放电能量等设计参数对推力、放电电流等又有较大的影响.实验结果对设计高性能的推力器有参考价值.     

大面积表面放电等离子体的产生及电特性研究

为了获得大面积表面放电等离子体,设计了大气压多电极表面放电等离子体激励器,并对给定电源频率下等离子体激励器的放电特性(包括气体放电的利萨如图形、稳定放电时的功率及功率面密度等参数)进行了实验研究.实验测量结果表明,采用多电极结构表面放电等离子体激励器可以在较低的电源输入功率面密度下获得大面积的气体放电等离子体.     

等效电离参数对110GHz高功率微波放电离子体的影响

用流体模型研究110 GHz高功率微波气体击穿时,电离参数对放电等离子体结构具有重要的影响.将若干等效电离参数表达式引入流体模型,对110 GHz高功率微波诱使的空气击穿进行了数值模拟,发现由Morrow等人提出的表达式更加合理.基于Morrow等人报道的参数,发现在一个大气压下,放电等离子体在空间呈现离散分布,相邻等离子体细丝的间距约等于四分之一波长,等离子体前沿朝向微波源移动,其速度与实验符合得很好.     

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。     

大气压下介质阻挡放电用于污水处理的研究——放电结构设计

介质阻挡放电(DBD)可以在大气压下产生低温等离子体,在污水处理技术方面具有广阔的应用前景。本文对介质阻挡放电结构进行设计,采用同轴型放电结构。实验表明,该结构安全可靠,放电功率低,放电均匀,利用其产生的等离子体进行污水处理方便易行,切实有效。     

辉光放电空气等离子体改性聚砜膜的研究

为了研究空气中等离子体改性对聚砜(PSF)超滤膜性能的影响,通过辉光放电空气等离子体对聚砜膜进行表面改性,采用亲水接触角法评价了改性条件对聚砜膜表面性质的影响规律.采用牛血清蛋白溶液作为类蛋白污染物进行试验,评价了改性前后聚砜膜的渗透性、污染率、恢复率等性能.结果表明,聚砜膜表面经等离子体处理后,表面润湿性发生变化,在最佳表面改性条件(放电功率8W,放电时间30s)下,膜表面的水接触角从69°下降到20°.改性后的聚砜膜渗透性能提高,抗污染性能得到了明显改善.     

低温等离子体促进水稻种子生长效应及NIR光谱分析

使用亚大气压下介质阻挡放电低温等离子体,对水稻糙米种子进行处理,不同气体、功率、处理时间下观测低温等离子体对糙米生长活力的影响;采用近红外光谱技术对处理后的糙米进行初步的理化性质分析.结果显示:空气等离子体放电对糙米生长活力的促进要优于氮气等离子体放电,空气实验组的最佳处理条件为(360W,5min),而氮气实验组的最佳处理条件为(360W,10min).另外,近红外光谱的主成分分析结果显示空气实验组(360W,5min)和氮气实验组(360W,10min)的糙米光谱与对照组光谱均存在明显差异.低温等离子体对水稻糙米种子的生长活力具有促进作用,能利用近红外光谱技术对作用效果进行初步评估.     

电晕电离层离子输运项的实验研究

为解决电晕放电的平衡等离子体设备(源)存在一次投资和运行成本过高、能耗大以及体积庞大又重等问题,进行电晕电离层的离子运动规律的实验研究.实验结果表明,在电晕放电的流光、辉光放电区域,电离电场强度、注入功率密度等参量对等离子体输运项的影响程度仅在一个数量级内,而气体运动速度的影响程度可达数个数量级,这为解决目前等离子体设备源存在的问题提供了有效方法.     

基于新型正极材料的高功率锂离子电池

采用尖晶石LiMn2O4材料制作了18650型锂离子电池,分析了影响锂离子电池大电流放电性能的主要因素如极耳、极片、电解质溶液等。又采用新型正极材料LiMnxNiyCozO2开发出性能更优越的18650型高功率锂离子电池,该电池可10C连续放电和8C快速充电,并具有优秀的循环性能和搁置性能。18650型高功率锂离子电池的开发,为研制混合电动车(HEV)用高功率锂离子电池提供了实验依据。     

正丙醇溶液直流辉光放电等离子体电解产物分析

 以正丙醇溶液为原料进行辉光放电等离子体电解的实验研究。利用GC-MS联用仪,GC及光发射光谱等检测手段对辉光放电电解的气液相产物进行分析。实验结果表明：电解的主要产物有氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、水、二氧化碳、甲醛、苯及甲苯等。各种气体产物和产量受放电电压、放电电流等因素影响明显。在等离子体层中正丙醇分解过程和其他类型的等离子体分解过程类似。蒸汽鞘层中的加速电子是引发辉光放电过程非法拉第定律现象的决定因素。阴极辉光放电过程中等离子体-溶液界面上的主要活性物种是中性粒子和电子。正丙醇阴极辉光放电过程中等离子体-溶液界面上产生的主要活性物种有C3H3,CO+,CH,CH2O,H,H2O+,CH2和H2O。利用键能理论对正丙醇溶液放电后主要产物的生成路径进行了分析。     

A-Si∶O∶H薄膜的淀积速率及折射率

本文研究了高频辉光放电等离子体分解SiH_4+H_2+H_2O混合气体淀积氢化非晶硅氧合金(a-Si:O:H)膜的淀积率及折射率,并就其放电机理对淀积速率作了初步的说明;对折射率的变化采用两种不同的物理模型进行了分析计算.     

本文是由中国工程院院士李同保教授审查推荐的.

应用Elenbass-Heller局部能量平衡方程及TM010模式下的微波场Maxwell方程,在简化的物理模型基础上采用数值计算的方法模拟得微波(2450MHz)无极放电的Hg等离子体的温度分布轮廓.通过自建实验装置的实验测量,将理论模似与实验结果进行对比验证.最后用趋肤效应的理论解释微波激发等离子体温度分布的特点.同时对微波等离子体的温度分布轮廓进行讨论.     

分布式直流高压缓冲器的研制

分析各种典型铁磁材料抑制和消耗中性束注入(neutral beam injector,NBI)系统中分布电容故障能量的特性,搭建测试平台利用1:10的短路放电测试实验优选出合适的材料组合,对集中式和分布式缓冲器结构进行仿真分析,推导出适用于80 kV中性束实验用分布式缓冲器设计参数并进行实物研制. 结果表明,所研制的缓冲器可将故障能量抑制在5 J以内.      

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.     

利用Saha方程和H线的Stark加宽研究闪电放电通道的电子密度

依据在西藏那曲用无狭缝光栅摄谱仪获得的1次云对地(CG)闪电回击过程的光谱,结合Gigosos得到的等离子体中电子密度的诊断方法,分别利用Hα和Hβ线的Stark加宽研究了闪电放电等离子体的电子密度.同时,运用Saha方程以及以往使用的谱线加宽公式计算了此次闪电放电等离子体的电子密度,并将3种方法所得结果进行了比较、分析,为完善闪电放电等离子体电子密度的诊断方法,进一步研究闪电等离子体特性参数提供了理论依据.