HL-2A装置超声分子束注入初步结果

HL-2A装置是我国第一个带偏滤器的托卡马克装置，于2002年投入运行。该装置的主要参数为：R=1．65m，n=0．4m，BT=2．8T，Ip=0．48MA，带有上、下对称的封闭式偏滤器。目前，HL-2A装置运行下单零偏滤器，为下一步改进偏滤器位形进行基础性研究。带有液氮冷阱的超声分子束注入系统首次安装并运行于2004年。初步实验结果是，多脉冲分子束注入用于封闭式偏滤器功能的演示和检验；多脉冲分子束注入HL-2A等离子体引起冷脉冲和密度扰动向中心传播。     

快速多阵列等离子体辐射测量系统

热辐射测量是聚变实验研究中标准的诊断系统之一，主要用来测量总辐射功率和辐射功率密度的空间分布。我们自行研制的多阵列等离子体辐射测量系统在2005年实验期间首次获得了实验结果。     

HL-2A装置偏滤器位形超声分子束注入深度观测

用22道Hα辐射测量阵列观测了HL-2A装置偏滤器位形超声分子束的注入过程。观测结果表明：在HL-2A装置偏滤器位形下,当分子束注入气源压强大于1MPa时,Hα辐射沿径向分布存在两个峰值,其第二个Ha辐射峰值位于r/a~0.8附近,表明大部分氢粒子在等离子体边缘(SOL区域)即被离解或电离,但仍有部分氢粒子沉积在分界面内5cm。     

HL-2A装置硅化对杂质线辐射的影响

在2004年的实验中，首次在HL-2A偏滤器装置上进行了硅化器壁处理，在这种硅化器壁的条件下，对轻重杂质的线辐射进行了研究，并与无硅化条件下的杂质特性作了比较。在实验中，通过观测杂质的辐射特性研究了硅化对杂质的吸附作用和硅化效果的维持。并通过调整硅化后的辉光放电清洗，研究了硅化对氢再循环的影响。     

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根据HL-2A装置改造的初步方案,选择优化的偏滤器位形所决定的参数,设计出可采取的偏滤器结构及水冷方式。外靶板和拱顶板上采用双剪切连接件和环向水路具有极向水流的冷却方式。通过ANSYS编码对靶板的热负荷进行分析,结果表明这样的冷却方式在降低流速要求的条件下可以提高靶板表面承载能力。     

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用中平面往复快速扫描6探针组观测HL-2A装置边缘等离子体的扰动特性。在一次放电中能测量到边缘等离子体参数的时空分布及其涨落量，雷诺胁强与极向流和带状流的关系，以及静电涨落驱动的粒子通量和热通量的径向变化。在多发弹丸注入(MPI)和多脉冲超声分子束注入(SMBI)条件下，研究了边缘参数的涨落和相关特性。实验结果表明：SMBI和MPI等注入手段改变了边缘的扰动特性；雷诺胁强的径向梯度可以驱动带状流，抑制湍流输运。     

HL-2A偏压偏滤器物理设计

根据已有的理论模型,推算出了HL-2A偏压偏滤器的理论电流为1．5kA、偏压电压为200V,并对HL-2A偏压偏滤器做出了初步设计。HL-2A装置采用偏压后,有可能降低L-H模转变阈功率,增加偏滤器等离子体密度、压强和滞留时间,改善约束,改善内外靶板功率沉积的非对称性,提高排灰效率及提高偏滤器性能。     

HL-2A单零偏滤器的位形特征

利用积分方法对多种电流剖面下HL2A装置单零偏滤器位形特征进行了计算研究。积分方法的优点是可以在任意电流剖面下求解具有X-点的自由边界的Grad-Shafranov方程。对HL2A装置而言,大体上可以在合理设定的分界面形状下,经几次叠代计算出各组极向场线圈(垂直场,三对多极场和多极补偿场以及水平场)中的电流。HL-2A的单零偏滤器位形基本上是圆截面加上在X-点附近的局部形变。对刮离区和偏滤器靶板区磁力线特性进行了分析以确定偏滤器的品质。     

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利用多道远红外HCN激光干涉仪实时测量了等离子体中的粒子数增量,首次得到了HL-2A等离子体偏滤器位形和孔栏位形下强场侧和弱场侧SMBI的加料效率,结果与法国Tore Supra装置的SMBI加料效率的范围相一致。     

HL-2A装置偏滤器运行模式的探针测量

HL-2A装置是一个具有偏滤器位形的托卡马克装置，为我们开展先进偏滤器物理实验和改善主等离子体约束性能研究准备了良好的条件。等离子体的杂质含量由杂质源分布以及SOL和芯部等离子体中各种杂质输运过程确定。由于离子碰撞可导致狭窄的偏滤器入口部件处杂质溅射的增强，与起源于靶板处的杂质相比，偏滤器入口处的杂质更有效地污染芯部等离子体。     

Fast Bolometer Arrays on the HL-2A Tokamak

Bolometers are considered to be a standard diagnostic for fusion experiments, mainly for measuring the total radiated power and spatial profiles of the local radiation power density. New design and the first result are presented from three AXUV arrays with high temporal resolution installed on the HL-2A tokamak. This high temporal resolution allows the study of transient radiative phenomena.     

用丝电流方法快速识别HL-2A等离子体边界

利用等离子体外部测量的磁场信号,使用丝电流方法对HL-2A等离子体边界进行了快速识别。介绍了该方法的原理、相关的测量系统配置和该程序的研制进展。对识别结果进行了讨论。     

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用密度调制的方法研究了等离子体中粒子输运问题。采用了注入脉冲式补充送气和超声分子束两种不同的密度调制方法。在HL-2A装置常规欧姆放电的情况下,运用有限差分法和Nagashima矩阵技术,求解了粒子平衡方程。计算出了粒子的输运系数(对流速度v和扩散系数D)。研究了粒子输运系数与等离子体线平均密度之间的关系。实验结果表明,在欧姆放电的情况下,等离子体芯部的粒子对流速度方向始终是向内的,并且密度低时,粒子输运系数(粒子扩散系数D和对流速度v)较大;密度高时,粒子输运系数较小。     

中国环流器二号A装置(HL-2A)工程研制

中国环流器二号A装置(HL 2A)(设计指标:大半径1.65m、小半径0 4m、环向磁场2 8T、环向等离子体电流480kA)是我国已建成的第一个偏滤器托卡马克实验型磁约束聚变装置。HL 2A装置的首要研究目标是利用其独特的大体积极向偏滤器在高参数等离子体条件下开展与偏滤器位形运行有关的研究。本文总结了HL 2A装置工程设计、制造与安装、工程调试等研制的主要内容和关键技术。工程调试和初步物理实验的结果表明:HL 2A装置的主要工程参数和性能已具备开展物理实验的条件,并已成功地运行于偏滤器位形。2003年11月底,HL 2A装置获得等离子体电流168kA,等离子体存在时间920ms,等离子体线平均密度1.7×1019m-3,环向磁场1 4T,极限真空度为4.6×10-6Pa。     

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用HL-2A装置下偏滤器靶板上的14组嵌入式静电三探针阵列和外偏滤器室的电动扫描四探针组,测量了同一环向截面的内外中性化板上的电子温度、密度、悬浮电位及其分布,以及电子回旋加热(ECRH)实验期间的等离子体行为。研究了偏滤器中等离子体参数的分布及非对称性以及等离子体的形成、物理特性和改善粒子的约束特性。     

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在HL-2A装置上采用石英晶体微天平(QCM)测量碳元素及其化合物的沉积质量,从测量的数据可知,每次等离子体放电后QCM的沉积量都会有细微变化,每次放电测得的沉积质量约为0.1~10μg.沉积量的变化与沉积物质再腐蚀或者溅射有关.根据一天的测量结果,可以计算得出HL-2A装置偏滤器区域平均每次放电(非H模放电)的沉积厚度约为10nm.