2018年,HL-2A装置开展了负离子源电极冷耐压实验以及负离子源束流引出锻炼实验，在国内率先获得百毫安级的负氢离子束流引出；第二条中性束束线成功注入HL-2A装置，加热功率达到500kW；完成了105GHz/1MW/3s电子回旋加热系统和新经典撕裂模实时控制系统，利用电子回旋波开展了撕裂模和新经典撕裂模的实时控制实验；成功研制了国内聚变装置上注入频率（60Hz）最高的弹丸注入系统，为在HL-2A/2M装置上开展I型边缘局域模（ELM）的缓解和等离子体加料提供了新设备；自主研发了国内首套杂质弹丸注入系统—常温毫米量级固态杂质弹丸注入系统。上述诊断、加热和加料技术的新发展，提升了HL-2A装置的实验能力，在2018年的物理实验中，通过两条中性束加热及集成运行控制，在HL-2A装置上实现了高比压（长时间维持在βN>2，最高达到3以上）的高约束模（H模）运行。利用共振磁扰动线圈、低杂波驱动、电子回旋波驱动、超声分子束注入（SMBI），弹丸注入和激光吹气等多种手段实现了ELM的缓解，分析了这些控制技术的适用范围和ELM缓解物理机制，为ITER和未来聚变堆探索最有效的ELM缓解技术；开展了SMBI触发L-H转换物理机制研究，实现了SMBI主动触发L-H转换，发现台基区向内传播的粒子流、E×B剪切流和ELM形为具有明显的依赖关系；在大功率LHCD驱动条件下，观测到高能量电子激发的能量粒子模（EPM）和鱼骨模不稳定性；首次观察到低杂波驱动条件下偏滤器打击点分裂成间隔为2cm，宽度为1.5cm的双打击点；在边缘局域模期间，内外偏滤器打击点呈现不对称分布，获得了H模条件下的脱靶偏滤器运行。

1. HL-2A低杂波实验最新进展

HL-2A装置2014年建成一套3.7GHz低杂波系统，已经开展了低杂波耦合和电流驱动相关的实验研究，2018年再次对该系统进行了部分升级，并开展了低杂波电流驱动实验研究，取得了全无感应电流驱动等结果。

为了实现对低杂波电流驱动的优化，构建了远程相位前馈控制系统。在之前的低杂波实验中发现，各路微波相位随时间变化较小，故考虑使用相位前馈控制来实现相位的控制，进而实现低杂波波谱控制，以优化低杂波电流驱动，实现全非感应电流驱动。利用已有的PLC系统，在两炮间歇期，向激励源的相位控制器输出指定数据，实现了相位的前馈控制。使用该相位前馈控制系统，实现了相位的有效控制，从而实现了波谱控制，开展了低杂波全非感应电流驱动实验。首先通过在低杂波投入期间改变相位观察了相位对驱动效果的影响，发现相位调整引起了驱动效果的变化；进而优化相位，寻找到了驱动效果较好的参数；然后通过调整等离子体密度、电流以及低杂波功率，最终得到了零环电压，成功实现了低杂波全非感应电流驱动，这是HL-2A装置首次实现全驱动，进一步提升了装置稳态运行能力。此时的等离子体参数为：I_p=120kA，n_e=0.7×10¹⁹m^-3，低杂波注入功率P_LH=860kW，平均反射系数RC=7%，计算其驱动效率为 η=0.18×10¹⁹A m^-2W^-1。

2018年低杂波实验除了实现全非感应电流驱动之外，还有一系列其他成果，如通过进一步对低杂波系统的优化，H模条件下实现了1.4MW/400ms低杂波功率的耦合；调整脉宽，使用620kW中性束和860kW低杂波共同实现了超过1s的H模放电；以及以低杂波为主，功率1.2MW，与200kW中性束同时投入实现了H模等。

2018年HL-2A上的低杂波系统在硬件设备和运行控制上均有改进，增加了天线端反射保护系统，实现了远程相位前馈控制。通过上述改进，开展了相位对低杂波电流驱动效果的影响的研究，并成功实现低杂波全非感应电流驱动，而且进一步提升了低杂波的耦合功率，达到1.4MW/400ms，还取得了与中性束注入共同实现1s以上的H模运行及以低杂波功率为主实现H模等成果。下一步计划继续优化驱动效率，更深入的开展低杂波电流驱动实验研究。

2. 环向等离子体中电子回旋共振加热对离子鱼骨模不稳定性的影响

在热等离子体中的磁流体不稳定性能够强烈限制聚变反应器的运行参数空间。这些不稳定性的稳定、抑制和控制已经引起了科学家们广泛的关注。很多不稳定性的控制，包括锯齿、新经典撕裂模、电阻壁模、边缘局域模和阿尔芬模，已经被广泛研究，其控制手段主要有射频波加热驱动和共振磁扰动等。但是，对这些不稳定性物理的理解及其控制仍然没有完成，需要开展进一步的实验和理论模拟研究。鱼骨模是这些重要不稳定性中的一种，一般认为它是被高能量粒子激发的m/n=1/1内扭曲模。在燃烧等离子体中，高能阿尔法粒子，尽管是少数粒子，但它占有大部分的等离子体动能，并且潜在地它们能够激发鱼骨模不稳定性。目前，鱼骨模已经被提及作为一种移除氦灰和控制燃烧的可能方案，它也可能用来排除ITER等离子体中的钨杂质。

在HL-2A装置上开展了利用电子回旋共振加热（ECRH）稳定离子鱼骨模的实验。在临界稳定边界，模展现出电阻不稳定性的特性。离子鱼骨模稳定不仅依赖于ECRH加热功率大小，也依赖于ECRH加热功率的沉积位置。当ECRH功率超过某一阈值时，鱼骨模能够完全被稳定。同样地，如果ECRH加热间隔时间小于能量约束时间，调制ECRH也能有效抑制离子鱼骨模。利用考虑电阻效应后的鱼骨模色散关系，分析表明磁雷诺数在模的稳定过程中起关键性作用，即在没有改变高能量离子比压的情况下，磁雷诺数减弱了模增长率并且提升了临界高能量粒子比压。ECRH也能够减小其它电阻模（如电阻性撕裂模、交换模/infernal/气球模及电阻性外扭曲等）的径向模宽度，以至于模-粒子之间的相互作用变弱，导致相应的模变得更稳定。通过杂质注入手段改变有效电荷数也能修改磁雷诺数，进而会影响边缘局域模（ELM）的动力学行为。因此，在燃烧等离子体中，通过联合射频波加热和杂质注入技术也许能够用来控制和有效抑制各种电阻不稳定性，特别是氦灰和钨杂质的移除。

3. HL-2A托卡马克边缘电阻性气球模与离子温度梯度模转换实验研究

一般认为，ITG模主导着芯部的离子输运，而在碰撞率较高的边界等离子体中的主要不稳定性则与电阻性磁流体不稳定性有关，如电阻性气球模(RBM)。通常情况下，从中心到边缘，驱动边缘扰动的微观不稳定性将从温度梯度驱动过渡到压强梯度驱动的模式，因此微观不稳定性的实验确认在理解托卡马克边缘输运方面是现有托卡马克研究的重要课题之一。

   在HL-2A装置上，通过补充送气系统可以调制边界电子温度，从而实现对电子温度的扫描。典型放电参数为线平均密度，电流I_p=160-170 kA，补充送气脉冲时长大约为7 ms。在边界区域，通过探针测量电子密度、温度以及悬浮电位及其涨落信息，同时采用Doppler反射计测量局域密度扰动，测量位置大约为LCFS以内4.5 cm，并采用ECE测量局域电子温度。统计分析显示当电子温度T_e<80eV时，探针与Doppler反射计测量结果均表明随着电子温度的上升湍流去相关时间t_d将减小，此时的湍流模式具有RBM的特征，而当T_e>80 eV时，Doppler反射计测量的τ_d显示随着T_e增加而变大，此时的湍流符合温度梯度驱动的ITG湍流特征。

4. 高能量电子激发的环向阿尔芬本征模的实验研究

在中型托卡马克装置上，高能量电子的小半径效应常被用来模拟α粒子在燃烧等离子体中的行为，可以为ITER等提供重要的实验依据。在HL-2A装置上大功率的ECRH加热条件下首次观测并确认了高能量电子激发的环向阿尔芬本征模（TAEs）。

在HL-2A装置大功率ECRH条件下观测到了频率在170-370 kHz之间的高频磁流体不稳定性。随着等离子体密度的降低，不稳定性的模频率从220 kHz缓慢上升到310 kHz，在ECRH加热结束后该不稳定性消失。此外，该高频不稳定性还在大功率的中性束注入（NBI）加热条件下被发现。通过Mirnov磁探针阵列信号可以鉴定，该不稳定性的环向模数（n）为4，并且无论在大功率ECRH还是NBI，该不稳定性都极向传播在电子逆磁漂移方向。统计发现，该不稳定性的模频率与阿尔芬速度（）成正比，即，该不稳定性为阿尔芬本征模。

5. HL-2A上基于EMC3-EIRENE代码的边缘杂质输运研究的初步结果

   对边缘杂质的输运进行研究对于杂质控制和脱靶偏滤器运行至关重要，是实现高性能等离子体的关键。EMC3-EIRENE代码是针对边缘等离子体输运研究而开发的，已被广泛应用于许多装置上，解决在RMP线圈产生的三维磁结构下的输运问题。在HL-2A上已经安装了RMP线圈，在HL-2M上也有此计划，因此非常有必要在HL-2A上开展基于EMC3-EIRENE代码相关的研究。 

   在HL-2A等离子体中，发现在ECRH加热期间边缘杂质辐射显著增强，因此，有必要了解边缘杂质的输运机制，进而寻找有效的控制方法。EMC3-EIRENE输运代码被用来

在模拟研究中，输入功率分别设定为200kW和1MW，用来分别代表欧姆加热和ECRH加热情况。结果表明，在200kW放电中，摩擦力起主导作用，而在1MW放电中，热力起主导作用。热力推动杂质向上游区域运动，会导致杂质在上游区域堆积，定性地对实验结果进行了验证。为了对实验结果进行定量分析，首先需要估算背景等离子体的垂直输运系数。通常是通过对比模拟的温度和密度分布与观测值得到输运系数。这里通过与中平面探针测量系统得到的低场侧的中平面电子温度和密度剖面对比得到输运系数。模拟的温度值与实验值基本一致，而密度剖面值略有差异。最终得到D和χ分别为0.3m^-2·s和1.5m^-2·s。这里的结果是在欧姆放电中得到的，下一步将对等离子体及杂质在辅助加热下的输运行为进行分析。EMC3-EIRENE code已被应用于HL-2A等离子体的输运研究，下一步将对边缘杂质输运进行详细分析。

6. HL-2A上低混杂波驱动和杂质注入控制边缘局域模的物理研究

在HL-2A装置上，低混杂波电流驱动和杂质注入的方式成功实现了边缘局域模缓解。在边缘局域模缓解过程中，偏滤器热通量明显降低。这种缓解效应与外源引起的湍流增强密切相关。杂质注入和低混杂波电流驱动引起的E×B速度剪切使得湍流径向波数谱从负值向0偏移，从而降低耗散。修正的湍流偏移模型成功模拟了实验的结果。从实验和模拟上都定义了湍流调节的临界增长率γ_0。理论模拟过程中湍流强度被径向波数谱调节与实验结果十分吻合。

本实验利用低混杂波电流驱动在高密度、高吸收功率的条件下成功缓解了边缘局域模。在低混杂波注入期间，等离子储能并未如预期一样因为加热而升高，而是基本保持不变，这表明在低混杂波注入期间等离子体约束性能可能略有下降，主要表现在等离子体台基区密度梯度变缓。

    在HL-2A装置上，在低混杂波电流驱动和激光吹气铁杂质注入两种缓解手段下均成功实现了边缘局域模的缓解。观测到对E×B速度剪切的降低，从而进一步引起台基湍流波数谱向0的偏移，而增加台基湍流强度。台基湍流强度的增强改变了边缘局域模特性，使得边缘局域模缓解。外源扰动引起的湍流波数谱偏移模拟结果也证明了这一点。