EAST高功率NBI下H模放电的初步研究

中性束注入(neutral beam injection,NBI)是加热等离子体、改善等离子体约束性能的一种有效途径。文章对先进超导托卡马克实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)高功率NBI下H模放电进行了初步实验研究,从等离子体密度、等离子体储能、温度、辐射、D_α信号的爆发等方面分析了等离子体在NBI下进入H模放电的性能改善,同时利用NUBEAM程序对高功率NBI注入能量输运方面进行了初步分析。     

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。     

中性束注入等离子体产生的快离子空间分布数值模拟

本文数值模拟研究了中性束注入等离子体产生的快离子空间分布,讨论了快离子空间分布随中性束在等离子体中平均自由程变化情况.采用HL_2A装置参数模拟了线束和扩散束两种情况下快离子的空间分布,结果表明束粒子在等离子体中的平均自由程对束的沉积剖面影响较大,当平均自由程与小半径相当时快离子密度分布在在磁轴处有一个较大的峰值.     

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。     

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．     

ITG模在托卡马克等离子体反常输运中的作用

依据一种基于流体近似理论构建的简化模型,模拟计算了JET装置中的等离子体输运过程,考察讨论了离子温度梯度(ITG)模在反常输运过程的作用.计算结果表明,在低约束状态下离子的密度梯度整体平缓,反常输运由ITG模主导；当辅助加热功率增大到一定阈值后,在等离子体边缘将产生陡峭的密度梯度,这使ITG模在边缘区域受到强烈的抑制.     

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.     

EAST自举电流条件下离散阿尔芬本征模

针对先进实验超导托卡马克(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)装置,本文研究了自举电流和由气球模驱动势阱捕获的离散阿尔芬本征模(α-Induced Toroidal Alfvén Eigenmode,αTAE,α是等离子体压强梯度的标度)的联系;在自举电流条件下,高能量粒子激发αTAE为不稳定模式的情况.理论分析可得自举电流密度大的位置往往存在较大的等离子体压强梯度,而大的等离子体压强梯度很可能诱导产生αTAE.运用磁流体力学模型探讨了在自举电流条件下αTAE存在的特点,发现在小半径方向上自举电流密度较大的区间,集中存在αTAE;运用磁流体力学与回旋动理学混合模型探讨了αTAE被高能量粒子激发为不稳定模式的情况,发现在中性束注入加热等离子体和驱动等离子体电流条件下,当托卡马克中的高能量粒子和αTAE满足波粒共振条件时,αTAE都会被高能量粒子激发为不稳定模式.     

Tokamak中中性粒子注入的Monte-Carlo模拟

应用Monte-Carlo方法，模拟了Tokamak装置中的中性粒子的输运过程，模型考虑了中性粒子在等离子体中的电荷交换、电子碰撞电离、离子碰撞电离等离化过程，以HT-7 Tokamak为例，计算了在注入超声速中性氢粒子时所产生的氢原子密度空间分布．模拟结果表明：随着注入中性粒子束初始能量的增加，中性粒子束在等离子体中的渗透距离相应增大；而中性粒子在Tokamak中的密度随着注入通量的增加也相应增加．模拟计算所得的氢原子密度空间分布与经典估计方法的结果在Tokamak中等离子体的边界处较一致。     

中性束加热等离子体温度演化研究

本文用Gill数值求解方法模拟了HL-2A装置在中性束加热条件下,电子、离子温度随时间的演化过程,模拟结果与实验结果有较好的一致性.我们对不同中性束注入条件下的电子、离子温度演化也进行了模拟,并分析了电子、离子温度的爬升速度的影响因素.     

用于HL-2A的快离子损失探针系统研究

闪烁快离子损失探针是聚变装置上诊断高能粒子的重要工具,可对损失离子能量和俯仰角进行同时测定. 根据环流器二号（HL-2A）托卡马克装置上的具体测量要求,研制了一套可移动式的闪烁体快离子损失探针,并完成了在HL-2A上的安装和调试. 该探针系统在有中性束加热的等离子体放电情形下实现了对损失快离子的探测,采集到了损失离子图像信息. 根据已取得的初步实验结果,对HL-2A装置上的快离子损失探针系统的进一步完善进行了分析讨论.     

电子回旋共振加热期间的电子热输运和约束

采用ONETWO软件对在HL-2A托卡马克上电子回旋共振加热的实验进行分析,研究了ECRH加热期间的电子热输运和约束行为.ECRH引起了等离子体的共振区域电子温度上升,电子热输运系数变大.同时共振区域能量的增加使能量约束变坏,约束模式由一般模式(O模)转变为低约束模式(L模),能量约束时间下降.这些结果将对HL-2A中进一步提高安全运行和电子热输运的研究提供参考.     

遵从幂律分布的等离子体在强磁场中的输运系数

在非广延统计理论框架下研究了非平衡态下的等离子体的输运系数,假设等离子体中的电子遵从非广延幂律分布,在此理论下得到用非广延参数q修正的输运系数,更便于研究等离子体的输运过程.通过输运方程和在强磁场下等离子体的分布函数,研究了遵从幂律分布等离子体的输运系数.推导出了遵从幂律分布等离子体的输运系数,如Hall效应系数、电导率、Nernst效应系数和热传导系数的表达式.这些输运系数是由参数q来修正的.当非广延参数q→1时,这些输运系数回到麦克斯韦分布下的形式.     

“东方超环”攻克重大技术难关

正本刊讯近日,中科院合肥物质科学研究院等离子体所传出喜讯,"东方超环"辅助加热中性束注入系统兆瓦级强流离子源分别完成了氢离子束功率3兆瓦、脉冲宽度500毫秒的高能量离子束引出实验,以及束功率1兆瓦、脉冲宽度4秒的长脉冲离子束引出实验。本轮实验获得的束能量和功率之高在国内尚属首次,实验结果接近项目设计指标,标志着我国自行研制的具有国际先进水平的中性束注入加热系统基本克服所有重大技术难关。     

旋转磁岛诱发的通行快离子输运研究

研究了旋转磁岛与反平行于磁场运动的通行快离子共振所诱发的快离子输运.结果表明:对于每一个快离子能量存在两个最大共振点,共振投掷角区的宽度比其他点更宽,分析了共振产生的漂移岛面,发现漂移岛面在等离子体边界存在间隙,存在三种类型的漂移岛面,对应三种不同的快离子输运路径.     

AgI-Ag_2O-B_2O_3三元系非晶银快离子导体中的银沉积

运用电子探针显微分析(EPMA)技术,能有效地研究快离子导体中的金属沉积问题。电子探针是一束聚焦很细的电子束,用以轰击试样,由于探针的电子注入到试样表面,形成负电位,使得快离子试样中的阳离子在电场作用下向电子束注入轰击点迁移、集中,与电子中和后转变为金属原子。当这些析出的原子在传输过程中受到阻碍时,可能在材料表面积累或     

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.     

Bohm模式下氘氚燃烧等离子体的动态稳定性数值计算

采用Grank-Nicholson差分方法,应用循环迭代,对氘氚燃烧的等离子体的动 态稳定性进行了数值分析。研究中采用了Bohm模式的热传导率,考虑了α粒子的反常扩散效应,电子和离子有不同的温度。考虑了动态反馈加热,使等离子体实现了稳态燃烧。数值分析结果与理论模型预言相一致。     

倾斜磁场下尘埃等离子体的各向异性扩散

利用郎之万动力学模拟方法,研究了二维尘埃等离子体的扩散特性.校正结果显示该模拟程序能够准确再现实验结果.进一步模拟表明,倾斜磁场使得系统在二维平面上呈现出各向异性扩散特征,当粒子所受垂直方向的洛伦兹力与壳层电场力平衡时,系统各向异性扩散特征消失.同时发现,中性碰撞力将会极大延长各向异性扩散存在的时间.     

EAST装置中捕获电子模线性增长率的回旋动理学模拟

基于全超导托卡马克(experimental and advanced superconducting tokamak,EAST)中以电子加热为主的放电试验,使用GTC(Gyrokinetic Toroidal Code)代码进行线性回旋动理学模拟,研究等离子体参数对捕获电子模(trapped electron mode,TEM)线性增长率(γ)的影响。结果表明,γ随电子与离子温度比(T_e/T_i)和归一化电子温度梯度(R/L_(Te))的增大而增大,但随着归一化密度梯度(R/L_n)的增加而降低。安全因子(q)和磁剪切(?)对TEM线性增长率的影响与归一化半径范围内(ρ0.4)?值的大小有关。当?0.3时,γ随着q的增大而增大,随着?的增大而减小,与简化模型的理论分析一致。然而,当?0.3时出现了相反的结果,即γ随q的增大而减小,随着?的增大而增大,其原因可能是较小的?无法抑制TEM湍流。