聚变反应堆条件下等离子体中阿尔芬本征模的分析

通过对托卡马克装置的研究,为中国聚变工程试验堆和国际热核聚变反应堆提供了理论和工程技术。本文基于当前主要的托卡马克,运用磁流体力学数值模拟程序和动理学混合模拟程序,探究了不同类型托卡马克装置上的离散型阿尔芬本征模,以及在高能量粒子条件下离散阿尔芬本征模的不稳定性特征,为中国聚变工程试验堆和国际热核聚变反应堆提供理论参考。模拟发现在三类托卡马克装置上,较宽的运行范围内,都存在离散阿尔芬本征模,且这种本征模易受高能量粒子激发成不稳定模式。离散阿尔芬本征模的不稳定性潜在影响未来聚变反应堆的稳态运行。     

JET装置中的多支离散阿尔芬本征模

当前的磁约束聚变装置常常运行在先进托卡马克区域内,先进托卡马克区域内存在负磁剪切。在JET(Joint European Torus)装置运行的参数域里,存在有约束在引发气球模驱动的势井里的多支离散阿尔芬本征模。类似于正剪切的情况,这些离散阿尔芬本征模只有很小的耗散率。由于耗散率很小,所以很容易被高能量粒子激发成不稳定性模式。在实验上已经观察到了很多阿尔芬频谱,这种离散阿尔芬本征模式是一种去理解这些现象的潜在的物理机制。     

高速CCD诊断MHD不稳定性的初步研究

电荷耦合器件(CCD)作为一种高灵敏度的二维辐射测量传感器,具有使用方便,测量结果可视性好等特点,近年来在托卡马克等离子体研究中得到广泛的应用.在HT-7和EAST托卡马克装置上建立了高速CCD成像诊断系统,并利用其进行磁流体力学(MHD)不稳定性研究.利用高速CCD成功观测到HT-7托卡马克上的锯齿振荡不稳定性和Mirnov振荡行为,以及EAST托卡马克H-mode过程中的边界局域模(ELM)行为,为进一步利用高速CCD诊断技术开展MHD不稳性时空过程的研究奠定了基础.     

利用外加偏压导体法控制球形托卡马克电磁扰动实验研究

MHD(Magneto hydrodynamic,磁流体力学)不稳定性是托卡马克磁约束聚变等离子体中的基本物理现象,是影响装置放电稳定性及等离子体约束性能的重要因素,通过磁探针诊断对球形托卡马克上的Mirnov扰动进行测量和分析,并利用外加偏压导体方法首次对扰动进行抑制。     

磁流体力学平衡位形计算及其不稳定性模拟

论述了托卡马克等离子体磁流体力学平衡位形重建与计算及其不稳定性计算与分析模拟研究中的主要技术,介绍该领域计算机模拟与仿真研究的进展与主要成果,对环流器二号托卡马克装置上典型的偏滤器位形的平衡重建及磁流体稳定性进行了模拟。     

托卡马克不同运行域中的离散阿尔芬本征模

探究多个先进托卡马克装置,发现在先进托卡马克中存在着丰富阿尔芬现象(TAE、EPM、BAE、EAE、RSAE),有着非常广的频谱范围。根据实验数据得到先进托卡马克装置中(s,α)随小半径的变化,发现在先进托卡马克中存在有利于αTAE增长的条件,即存在α极大值,并讨论α极大值处的αTAE行为特征。     

SUNIST球形托卡马克MHD不稳定性的探讨

托卡马克已经逐步成为磁约束聚变研究的主流,本文介绍了中国联合球形托卡马克SUNIST上的磁流体力学（MHD）不稳定性的测量和分析,提出了控制不稳定性的设想。     

JET装置运行条件下的阿尔芬波特性研究

JET装置运行在先进托卡马克区域,在先进托卡马克区域内存在着负磁剪切,s<0(s=rdq/dr),在正剪切和负磁剪切下理论上都发现了约束在α(α=-q2Rdβ/dr)引发气球模驱动的势β里的离散阿尔芬本征模(αTAE)。q是安全因子,β是等离子体压力与磁压力之比,R和r分别代表托卡马克的大半径和小半径。这些模式的耗散率都很小,很容易被高能量粒子激发成不稳定性模式。在现行的大型托卡马克(如:DⅢ-D,JET,JT-60U)中实验上已经观察到了许多阿尔芬现象,这种离散阿尔芬本征模式是一种去理解这些实验现象的潜在物理机制。     

HT-7U托卡马克核聚变装置中纵场超导磁体系统的设计

HT-7U核聚变实验装置是"九五"国家重大科学工程项目,它是一个具有非圆截面的全超导托卡马克装置,是用于研究先进的托卡马克运行模式来获得准稳态的、极长的长脉冲等离子体,并可实现全电流下的双零高β和单零等离子体的运行实验。整个装置包括装置主机以及低温、真空、电源及控制、数据采集和处理、波加热、波驱动电流、诊断与公共基础设施等重要子系统,其中装置主机是由超导纵场磁体系统、超导极向场磁体系统、真空室及其内部部件、内外冷屏和外真空杜瓦5大部件组成。文章主要介绍了HT-7U纵场超导磁体系统结构与超导管状电缆CICC(Cable-in-ConduitConductor)的设计以及该磁体系统的各种力学分析等。     

杂质对等离子体平行速度剪切及离子温度梯度不稳定性的影响

为综合分析影响磁约束等离子体不稳定性的重要因素，研究了磁剪切平板模型下，同时具有杂质离子及平行流速剪切效应的离子温度梯度（ＩＴＧ）不稳定性的准线性流体理论。分析表明，主要离子与杂质离子的平行流速剪切对不稳定性的影响性质相同。杂质离子的流速剪切及反向密度梯度分布增强了主要离子的温度梯度及流速剪切的驱动机制。该结果对于解释离子输运的某些特殊的实验现象提供了一定参考     

SUNIST上MHD扰动测量和模式分析

磁流体(Magneto Hydrodynamic,MHD)不稳定性是托卡马克磁约束聚变等离子体中的基本物理现象,是影响装置放电稳定性及等离子体约束性能的重要因素.通过磁探针诊断对Sino-United Spherical Tokamak(SUNIST)上的Mirnov扰动进行测量和分析,利用奇异值分解(SVD)方法首次对扰动的环向和极向模数进行分辨,并给出放电过程中的模数时间演化过程.     

KT—5C装置工程和实验参数

概述了新托卡马克装置KT—5C 在薄壁真空室、磁体与磁场、电源及放电等离子体方面的参数与主要特点;还论及了本课题的射频波传播、非圆截面、各项诊断等实验方案.     

任意纵横比下的自举电流的求解

自举电流最早是由Bickerton、Connor和Taylor发现的。自热核聚变装置TFTR以及后来的JET、JT-60以来,自举电流都受到了广泛的关注。直到现在,自举电流被认为是维持托卡马克装置稳定运行的根本。由于非感应电流驱动的效率很低．这使得用非感应电流驱动提供聚变中全部等离子体电流的成本非常巨大．导致托卡马克装置稳定运行变得不可能。     

俄罗斯：隐身衣

目前，由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件已安装完毕，进入抽真空降温试验阶段。EAST全超导托卡马克实验装置以探索无限而清洁的核聚变能源为目标，将于2006年3、4月在合肥建成。这个装置也被通称为“人造太阳”，能够像太阳一样给人类提供无限清洁的能源。     

HL-2A托卡马克上slide-away放电特征研究

托卡马克装置上等离子体不稳定性会被非麦克斯韦分布的逃逸电子激发。逃逸电子在特定条件下会与不稳定性发生反常多普勒共振,此共振结果将降低逃逸电子的能量,减小对装置造成的危害。本文利用电子回旋辐射(ECE)等诊断系统分析了HL-2A上slide-away放电中反常多普勒共振特征。实验结果表明：slide-away放电模式下ECE信号主要有台阶型、指数型、指数-台阶型和双波型4类波形。统计显示不稳定性阈值与等离子体电流以及磁场强度值无线性关系。反常多普勒不稳定性阈值(ω_pe/ω_ce)统计分布范围约为0.17～0.80,其中最高值分布范围为0.35～0.40。     

黏性应力对液体扩张抛撒影响的实验研究

利用组合式激波管和高速摄影机,获得不同工况的气液界面不稳定性发展直至发生首次破碎的高速摄影照片。实验结果表明,RT不稳定性和RM不稳定性均随时间增长。在扰动波发展的过程中,两相混合区中气泡的前缘基本保持圆形,而尖钉的头部在发展过程中有雾化的迹象。由于黏性的存在,不稳定性的发展将受到抑制,且随着黏性系数的增大,扰动波的增长系数随之减小。     

托卡马克芯部等离子体微观不稳定性研究

在Weiland模型的基础上,考虑碰撞效应的双流体方程,获得了托卡马克等离子体芯部区域ITG（离子温度梯度模）和TEM（捕获电子模）的色散关系,分析了归一化温度梯度和密度梯度以及归一化径向坐标对这两种模式增长率的影响。计算结果表明等离子体密度梯度对离子温度梯度模有致稳作用,而对捕获电子模模有促进作用。两种模的增长率都随各自温度梯度和归一化径向坐标的增大而不同程度增大。     

在均匀流动等离子体中五波耦合的Lorenz型混沌

近年来，等离子体系统非线性效应的研究十分活跃。由于其负能量和正能量的波耦有够导致非线性性质的不稳定性。     

粘性应力对液体扩张抛撒影响的实验研究

利用组合式激波管和高速摄影机,获得不同工况的气液界面不稳定性发展直至发生首次破碎的高速摄影照片.实验结果表明,RT不稳定性和RM不稳定性均随时间增长.在扰动波发展的过程中,两相混合区中气泡的前缘基本保持圆形,而尖钉的头部在发展过程中有雾化的迹象.由于黏性的存在,不稳定性的发展将受到抑制,且随着黏性系数的增大,扰动波的增长系数随之减小.     

中国环流器二号A(HL-2A)实验进展

中国环流器二号A(HL-2A)装置经过最近2年的改进和提高,电子回旋加热功率达到2MW,增加了液氮温度分子束加料系统,三台阶带状流探针阵列、微波反射仪和汤姆逊散射等诊断系统等。利用其所具备的条件,在该装置上开展先进托卡马克实验,进行了磁约束聚变科学关键课题的研究;在若干领域,取得了重要物理实验成果,包括首次在托卡马克装置上观测到测地声模带状流的环向对称性和三维结构,创造了电子温度达到5000万度的国内纪录等;在其他领域,比如偏滤器物理、等离子体旋转、高能电子的作用、粒子和能量约束及磁流体不稳定性等方面,积累了丰富的实验数据。该装置的升级与改造工作正在研发之中。