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2013年度HL-2A实验研究
编辑: 发布时间: 2014年08月14日
1 首次观测到旋转方向反转的极限环振荡
  
在HL-2A装置上首次观测到两种极限环振荡,它们具有相反的时间序列,分别称为原型(type-Y)的极限环振荡和进型(type-J)的极限环振荡。观察到极限环振荡旋转方向从顺时针(type-Y)变到逆时针(type-J)。在Y-型极限环振荡中,湍流增长超前于径向电场,符合狩猎者-猎物理论模型。而在J-型极限环振荡中,径向电场增长超前湍流。该工作对进型极限环振荡提出了必要的物理解释,这为L-H模转换的理论和实验研究提供了新的思路,指出了新的方向,必将带动该领域的更深入、系统的研究。       

2 首次利用快速扫描反射计测量电子密度分布
  
在HL-2A装置上首次发展了三套X模极化的外差式微波反射计,它能在HL-2A装置的常规放电模式下,测量整个弱场侧的电子密度分布。利用电压控制振荡器所具备的快速扫描率特征,该反射计系统测量密度分布的时间分辨率能够达到25微秒。
  利用微波反射计的快速扫描特点,该诊断可以追踪等离子体芯部或边缘的快速演化物理现象。HL-2A的H模放电情况下,等离子体密度分布在边缘局域模动力学演化过程中的变化给出了边缘局域模动力学的直观描述,显示了边缘局域模开始爆发时台基迅速垮塌以及而后的逐渐恢复过程。该结果与理论所描述的物理图像一致,证实了该诊断的测量能力。 

3   HL-2A上H模实验研究最新进展
  
具有好的约束性能和能满足ITER排杂要求的ELMy H模是下一代聚变实验堆ITER的可能运行模式。围绕L-H模转换机制和降低功率阈值的研究一直是HL-2A实验的重要内容。在L-H模转换期间观察到一段再循环持续振荡的I-Phase阶段。研究表明:(i)在I-Phase最初阶段,等离子体湍流非线性耦合产生带状流,有利于约束改善; (ii)在I-Phase后期,湍流和带状流的能量演化时序发生了反转,同时边界压力梯度增加,说明后阶段引起L-H模转换的主要贡献并非直接来自于带状流,而是以压力梯度贡献为主。此结果深化了人们对L-H模转换物理机制的理解。 

4 电荷交换复合光谱诊断和动态斯塔克偏振测量的最新进展
  
32/64通道的电荷交换复合光谱系统已经测得从等离子体芯部到边缘的各种物理现象,如锯齿振荡、L-H转换以及电子回旋加热对旋转速度的影响等;该系统的最高空间和时间分辨分别为1 cm和5 ms。此外,还发展了一套动态斯塔克效应偏振测量系统,这是国内第一次采用该方法实现磁场倾斜角的测量。实验结果表明该系统可以适应动态斯塔克效应比较微弱的条件。目前,已经获得7个空间点、时间分辨达到40 ms的磁场倾斜角数据,如图5所示。将测量结果输入EFIT编码,可以得到可靠的安全因子剖面分布。       

5 快离子损失探针系统研制
  
NBI束离子运输与等离子体品质密切相关,因此高能离子损失诊断是高能离子物理实验研究的重要工具。正是基于这个目的,我们在HL-2A装置上发展了一套闪烁体快离子损失探针系统。该诊断可以同时测量高能离子的能量和螺旋角随时间的演化。闪烁体快离子损失探针主要由三部分组成:探头,光路转动轴和探测系统。探头安装在可调的光路转动轴顶端。损失快离子通过准直器进入探头轰击至闪烁体屏上将产生二维的荧光图像,图像被光路传输至探测系统进行测量。探测系统由两部分组成:光电倍增管阵列和高速相机。光电倍增管阵列有64路,覆盖整个闪烁体屏,提供快离子的损失率随时间的演化,频率响应可达1 MHz。高速相机像素为1280×800时帧频高达7500 fps。与光电倍增管阵列相比,虽然高速相机的时间分辨率较差,但是可以同时提供损失快离子的能量和螺旋角随时间的演化。 

6 具有自标定功能的电子回旋辐射诊断系统研究
  
针对ECE的标定问题,研制了一种可以自标定的多道ECE诊断系统。系统具有工作频率宽、时间和空间分辨高、可靠性高等优点。该系统是基于宽带微波合成源、有源倍频技术和中频带通滤波阵列技术,直接从第一级混频中提取出需要的中频带通信号进行检波和视放。系统的工作频率范围为51-142 GHz,通过改变本振的工作频率,在较宽的纵场范围Bt = 1.1 - 2.3 T,可以测量完整的电子温度剖面。系统的空间精度大约1 cm,时间精度大约1 us。
   系统标定直接采用本振扫频移动测量位置,然后进行各通道间测量值相对比较,获得的电子温度分布为相对分布。在HL-2A装置实验中,本系统已经获得了初步的实验结果,标定出的电子温度分布与其它诊断测量的结果基本一致。本系统采用的本振扫频法标定ECE诊断系统是在等离子体放电过程中改变系统自身参数来进行的,不需要其它辅助条件,也不会对等离子体运行造成任何影响,将来有潜力广泛应用于ECE诊断系统的相对标定。

7  HL-2A托克马克上极紫外光谱的空间分布测量
  
在HL-2A托克马克上,工作在30-500Å波段的极紫外光谱仪于2012年被成功安装并运行。这套光谱仪主要由入射狭缝、变间距全息光栅和CCD相机构成。2013年,我们将这套极紫外光谱仪升级到可以进行光谱的空间分布测量。在这里,空间分布测量是基于小孔成像原理实现的,我们在入射狭缝处前安装一个空间分布狭缝,两个狭缝的组合使用便在光的入射处形成一个小孔,进而可以在CCD相机上得到光谱的空间分布。从空间分布测量得到的两维CCD图像可以看到,SiVII、SiVIII和CVI3条谱线的空间分布虽然大致相同,在靠近等离子体中心侧呈现平坦分布形式,在靠近等离子边缘处有小的峰值出现,但是峰值的位置却是截然不同。CVI的峰值在最内侧,其次SiVIII,最外侧是SiVII,这个变化趋势与各离子的电离能充分复合。可见,对极紫外光谱仪的升级非常成功,这些都为以后进行杂质输运研究提供了坚实的基础。

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