中国环流器新一号(HL-1M)物理设计

中国环流器新一号(HL-1M)是在中国环流器一号(HL-1)基础上升级改造的托卡马克装置。基于当时世界上受控核聚变研究发展的趋势,经过深入研究和广泛的物理技术论证,确立了关于HL-1改造的主要方向,即去掉原有的厚铜壳,改造真空室,并根据等离子体需要改造电源设备,以便于开展较大规模的辅助加热和无感驱动电流研究。HL-1M装置的主要物理目标是开展兆瓦级功率的辅助加热和低混杂波电流驱动研究。此外,还将通过装置的改进,增大等离子体体积,在更高参数下研究欧姆加热等离子体性质,在自己的装置上获得对未来设计托卡马克装置有用的实验数据库,并为下一代更大托卡马克装置(HL-2)的建造积累经验。同时,利用HL-1实验结果外推和托卡马克实验定标关系,以及数值模拟计算和理论分析,详细地设计了HL-1M的欧姆加热和辅助加热等离子体物理参数。     

等离子体辐照材料的实验研究

利用HL-1装置的等离子体辐照研究了石墨基体上的TiC、SiC涂层和壁碳化。对辐照前后的样品进行俄歇电子能谱(AES)、扫描电镜(SEM),X射线光电子谱(XPS)和X射线衍射谱(XDS)分析。结果表明,TiC和SiC材料应用于孔栏和壁涂层以及壁碳化有利于减少金属重杂质和氧杂质水平,提高了等离子体品质。     

等离子体与石墨及其涂层相互作用实验研究

等离子体与表面相互作用(PSI)是聚变研究领域中重要课题之一。本项目应用LAS-2000质谱分析设备、射频离子源设备及HL-1M装置,对等离子体与石墨及其涂层的相互作用进行了系统研究。研究表明:(1)D~ 束辐照HL-1M装置第一壁用SMF-800石墨在770中K处有化学腐蚀高峰,而石墨原位硼化、硅化涂层可以有效地抑制石墨的化学溅射(降低80％～90％);H~ 辐射SiC的溅射产额为0.5原子/H~ ,为石墨的1/3;原位硼化涂层热解释过程中未见硼氢化合物的释放,其释放成分主要是碳氢化合物,通过它可减少a-C:H成分,提高涂层性能;(2)原位涂层几乎完全抑制了HL-1M装置放电中重金属杂质,而碳、氧杂质则分别降低70％、90％以     

脉冲分子束注入HL-1M装置等离子体行为研究

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(He I 587·6nm)强度的径向分布,1/3峰高位于γ=12cm附近。注入     

HL-1M多脉冲分子束注入的CCD摄像

HL-1M装置实现了一种新的气体加料改善约束的方法——分子束注入(用多脉冲高速分子束注入加料)。多脉冲分子束注入加料可以控制等离子体密度分布、改善约束性能和提高密度极限。HL-1M托卡马克的多脉冲分子束注入得到了高的加料效率、改进了能量约束并维持了较高的密度峰化截面。分子束加料τ_E的改善和     

HL-Ⅰ装置等离子体真空紫外光谱研究

本文叙述了在HL-1装置上做的真空紫外区(30～200nm)光谱实验。用微通道板象增强器摄出了光谱,对光谱进行了辨认和分析。用光电法测量了谱线随时间的变化和缩小孔栏时的杂质变化情况,观察了等离子体发生小破裂时出现的光谱现象,对杂质的来源及其某些性质进行了分析研究。用两条CIV谱线强度比测出了放电初期的电子温度。     

HL-I装置等离子体真空紫外光谱研究

本文叙述了在HL-1装置上做的真空紫外区(300—2000)光谱实验。用微通道板象增强器摄出了光谱,对光谱进行了辨认和分析。用光电法测量了谱线随时间的变化和缩小孔栏时的杂质变化情况,观察了等离子体发生小破裂时出现的光谱现象,对杂质的来源及其某些性质进行了分析研究。用两条CIV谱线强度比测出了放电初期的电子温度。     

掺杂石墨在高能激光束和电子束作用下的热冲击行为

石墨被广泛用于当今的托卡马克装置中 ,作为真空室第一壁和偏滤器靶板的保护材料 ,也是未来聚变堆的一种候选面对等离子体材料。其抗化学溅射性能和抗热冲击性能受到广泛关注。用高能激光束和电子束轰击实验材料 ,模拟聚变堆面对等离子体材料在等离子体破裂时的工作状态 ,考察了 4种掺杂石墨材料在热冲击下的热腐蚀规律。实验结果表明 ,石墨掺杂能有效降低材料的烧蚀率。当激光单脉冲能量密度为 491 5KJ m2 时 ,冲击频率 1 0Hz,持续辐照 3 0秒后 ,几种掺杂石墨的失重率不超过2 1 3 6mg cm2 ,表现出了比纯石墨更优良的抗热冲击性能。     

托卡马克超声分子束注入加料的进展

超声分子束注入作为一种新的托卡马克加料方法由作者在1992年首次提出并于当年在中国环流器一号(HL-1)装置演示成功,随后相继应用于中国环流器新一号(HL-1M)和中国科学院超导托卡马克HT-7装置。超声分子束注入等离子体呈现出电子密度峰化和温度中空分布的特征;等离子体流极向旋转速度提高,边缘扰动被抑制,等离子体能量约束得到改善。加料效率较常规脉冲送气提高一倍,而滞留器壁的粒子大为减少。近期开展的高气压氢超分子束注入实验,在束流中发现团簇流,可注入等离子体中心区域。多脉冲分子束注入形成电子密度的阶跃上升,如同冰弹丸注入效果。近年来该项技术已陆续应用于国外大型托卡马克和仿星器,是核聚变装置稳态运行的一种有效的加料方法。     

HL-2A托卡马克装置的工程和实验概况

中国环流器二号A装置(HL-2A)是核工业西南物理研究院2002年投入实验运行的托卡马克,它是我国第1个具有偏滤器、等离子体截面具有一定垂直拉长的托卡马克.HL-2A的磁体使用铜导体,具有良好的灵活性和等离子体的可近性,其极向场线圈全部位于环向场线圈之内,位于真空室内的偏滤器的成形线圈可建立双零和单零的偏滤器位形.HL-2A已发展了30多套先进的等离子体诊断系统和总功率4 MW的辅助加热系统,加料技术得到持续发展.随着上述系统的建设和放电综合控制技术的提高,HL-2A装置已获得了高约束模式,这为开展先进托卡马克(AT)物理实验,ITER和聚变堆的科学、技术和工程问题等的研究奠定了基础.HL-2A也成为国际上最活跃的中型托卡马克,为国际托卡马克物理活动(ITPA)作出了积极贡献.     

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)/     

超导托克马克TRIAM—1M的最新进展

在超导托卡马克ＴＲＩＡＭ－１Ｍ上,广泛开展了稳态托卡马克反应堆的研究。用２．４５ＧＨｚ低杂波电流驱动已演示了密度为ｎｃ＝２＊１０＾１８ｍ＾－３,持续时间超过２ｈ的放电。在孔栏５ＭＷ．ｍ＾－２的高平均壁负载条件下,用８．２ＧＨｚ的杂波电流驱动使ｎｃ＝２＊１０＾１９ｍ＾－３高密度等离子体维持了１ｍｉｎ。     

样条配置法解撕裂模方程

采用样条配置法数值求解环流器等离子体撕裂模方程。文中详细介绍了样条配置法的数学方法,并计算了m>1撕裂模稳定的等离子体电流剖面,拟合了HL-1托卡马克装置低q实验的电流剖面。     

样条配置法解撕裂模方程

采用样条配置法数值求解环流器等离子体撕裂模方程。文中详细介绍了样条配置法的数学方法,并计算了m>1撕裂模稳定的等离子体电流剖面,拟合了HL-1托卡马克装置低q实验的电流剖面。     

Tore Supra中全域碳产生和输运

在小Ｔｏｒｅ Ｓｕｐｒｅａ等离子体中已杂质产生和输运。对于这种等离子体，唯一的杂质源是一个外侧孔栏。主要诊断设备是一个可见内视镜，它能对在所选波下要得到的整个孔栏的ＣＣＤ相机象进行绝对强度校准。实验结果表明，尽管化学溅射是解释孔栏象必不可少的，但它对中心杂质含量的贡献不大。用３维蒙特卡罗边缘杂质代码ＢＢＱ和１维Ｔｏｒｅ Ｓｕｐｒａ芯部杂质输运代码一起模拟了实验边缘碳通量和芯部等     

HL-1装置等离子体平衡实验研究

本文讨论HL-1装置等离子体的平衡。用对称磁探针测量了等离子体的水平位移和垂直位移,并由微机数据处理系统即时给出位移随时间的变化规律。分析了装置存在的各种杂散场对等离子体平衡的影响。通过垂直位移测量鉴别了纵向场线圈和加热场绕组引起的水平杂散场的方向和大小。实验表明,选取合适的内、外垂直场参数,在电流的平顶段,能使等离子体稳定平衡于真空室小截面中心外侧3cm的位置,即在装置孔栏中心附近。     

偏滤器物理设计与实验研究

应用B2-code模拟了偏滤器等离子体行为,优化了HL-2A装置偏滤器位形。研究了偏滤器刮削层中等离子体与器壁间过渡鞘层的离子碰撞效应,模拟研究了利用LHCD和NBI控制等离子体剖面分布在HL-2A中建立准稳态的反磁剪切位形。HL-2A装置首次实现了下单零点的偏滤器位形运行,完成了偏滤器初步物理实验,截至2004年底,获得等离子体电流320 kA,等离子体存在时间1 580 ms,环向磁场2.2 T。开展了高功率密度聚变堆偏滤器靶板的设计研究,特别是流动液态锂偏滤器靶板表面的物理过程的研究。探索性研究了用RF有质动力势改善偏滤器排灰效率和减少氚投料量。对FEB- E聚变堆偏滤器进行了优化设计。用电子束模拟对碳基材料及钨进行了高热负荷冲击实验,完成了钨/铜合金的热等静压焊接及热疲劳试验研究。研究了氦在钨中的滞留与热解吸行为。     

HL-1装置等离子体平衡实验研究

本文讨论HL-1装置等离子体的平衡。用对称磁探针测量了等离子体的水平位移和垂直位移,并由微机数据处理系统即时给出位移随时间的变化规律。分析了装置存在的各种杂散场对等离子体平衡的影响。通过垂直位移测量鉴别了纵向场线圈和加热场绕组引起的水平杂散场的方向和大小。实验表明,选取合适的内、外垂直场参数,在电流的平顶段,能使等离子体稳定平衡于真空室小截面中心外侧3cm的位置,即在装置孔栏中心附近。     

氦、氢直流辉光清洗对杂质的清除实验

直流辉光放电清洗在现代聚变装置上应用非常广泛,如JT-60U,JET,TFTR。HL-1M装置是单层真空室结构,其材料为00Cr18Ni10Ti不锈钢和石墨孔栏,石墨覆盖整个真空室内壁表面的6％,使用2套超高真空机组抽气。因此真空室内可能有金属杂质Cr,Ni等,主要来     

HL-1M欧姆加热等离子体实验的初步分析(英文)

介绍了中国环流器新一号(HL-1M)托卡马克装置及其诊断、数据采集与处理系统,并对有关气体再循环、等离子体平衡与稳定性的实验结果进行了初步分析和讨论。该装置现已获得I_P=322kA,q<2.5,(?)=6×10~(13)cm~(-3):T_e(0)>1keV,T_i(0)>0.5keV和τ_E≈10ms的平衡稳定等离子体。