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2008年度HL-2A实验研究
编辑: 发布时间: 2010年03月09日

    2008年,HL-2A装置等离子体加热能力达到总功率4.0 MW (其中NBI:1 MW,ECRH:2 MW,LHCD:1 MW),实验中的实际注入功率分别为:ECRH达1.6 MW,NBI达1.0 MW以上。在2008年的实验中,利用大功率中性束注入、电子回旋共振加热和高效率分子束加料等技术,进行了装置中性束、电子回旋、低混杂波三种方法联合的等离子体加热和驱动实验,开展了等离子体约束与输运、边缘物理和湍流、高能粒子物理以及杂质输运等前沿物理课题研究。在等离子体加热和约束改善等方面取得了较大进展,尤其是在强的辅助加热条件下,成功地实现了偏滤器位形下的约束改善模式放电,等离子体能量约束时间显著提高。这是HL-2A装置在等离子体约束与输运研究上的一个重要进展,标志着HL-2A装置实验研究达到了一个新的水平。 

    HL-2A装置的主要物理实验结果如下: 
    1)在HL-2A装置的偏滤器位形下,利用兆瓦级电子回旋加热与高功率中性束加热的协同作用,通过先进的壁处理技术,首次成功地获得了可重复再现的具有中心密度分布峰化特征的约束改善模式的等离子体超级放电(Supershot),使等离子体能量约束时间显著提高。 
    2)首次在悬浮电位的功率谱上同时观测到0~5 kHz低频带状流峰和约10 kHz测地声带状流模峰及约为零的环向模式,分析确定了在HL-2A装置边缘等离子体中同时存在低频带状流和测地声带状流,这一新发现已引起国际同行的关注。 
    3)利用高时空分辨率的静电往复快速探针系统,在刮削层中观测到间歇性丝状或团状(blobs)相关湍流结构,首次采用半重叠的时间窗与两点谱分析技术,获得极向波数在径向空间的分布,以及极向和径向运动速度等重要参数。 
    4)完善了超声分子束注入(SMBI)加料技术,通过微波反射、基态氢原子辐射测量等诊断数据,分析得到了SMBI的注入深度与粒子沉积分布,对SMBI加料效率进行了深入研究,为向ITER等离子体台基的顶部加料提供较好的粒子源做好充分的技术准备。 
    5)在国内首次观测到大功率电子回旋加热条件下1/2新经典撕裂模的存在及其对等离子体约束的严重限制(比压下降18%)。分析表明其磁岛的非线性演化与新经典撕裂模理论预言的结果一致。在其种子磁岛控制研究方面,利用电子回旋加热实现了对中性束产生的巨型锯齿振荡的去稳控制,这是ITER新经典撕裂模控制研究的一个前沿课题。 
    6)进一步开展了强辅助加热(ECRH和NBI)条件下的电子鱼骨模不稳定性的研究,利用新的诊断系统如CdTe能谱仪等,研究了这种不稳定性和高能电子谱的关系,观测到包括电子鱼骨模频率的各种chirping行为,模频率的跳跃等新的物理现象。 
    7)实验观测到中性束产生的高能离子通过旁瓣共振(Sideband)激发的剪切阿尔芬本征模,实验上还观测到了Pitch-fork 现象以及大的磁岛与测地声曲率耦合激发的BAE本征模,这为高能离子相空间动理学的研究提供了实验基础。 

    在HL-2A装置实验技术上,进一步提高装置放电控制的速度和精度,实现了1 ms内水平场电源的换流控制。新研发成功的CXRS、多道NPA、空间分布VUV谱仪和多道有效Z测量等多项新的等离子体诊断系统成功投入装置实验应用,使得HL-2A装置在对大功率加热、高参数放电条件下的等离子体关键参数如杂质分布、离子温度等的诊断水平跨上一个新的台阶,形成了整体具有约30余种 (约50余套,500道信号)测量手段的更为完备的HL-2A装置诊断系统。此外,还成功地改进了装置密度反馈控制系统,取得了很好的反馈控制效果。

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