1  HL-2A装置上的低-中间-高约束模式转换研究 
 
    在HL-2A托克马克装置上首次观测到一种不同于以前的极限环振荡，这种新的振荡环，将其称之为‘进一步的振荡环’(J-LCO), 它不同于猎物-扑猎模型所预言的湍流和带状流相互作用而呈现的结果。HL-2A实验结果证实在约束模式改善的过程中具有两种方向旋转的振荡环。第一种具有带状流的特征，第二种是离子压力梯度占主导的反磁流引起振荡环，它不同于低频带状流的特征。连续增加的磁扰动幅度和电磁-电子压力梯度的强相关在实验中得到证实。这些观测结果支持新的极限环振荡进入H模的物理图像。 另外一方面，压力梯度驱动的反磁流的剪切抑制湍流强度。一旦回路占主导，系统将进入正的反馈，并将触发I-H转换。从实验的统计来看，等离子体总应该进入J极限环振荡过程，不断增加的反磁流剪切影响I-H转换。这一发现提高了对H模物理的认识。实现H模的条件以及归一化的径向电场的阈值X~ 1也在实验中得到证实。

    在HL-2A装置上观察到中性束注入后弱剪切条件下出现长时间的内部饱和模。当该模发生后通常观察到电子密度和等离子体储能降低以及快离子损失。而且，HL-2A实验中还观察到这个MHD不稳定性可以受到电子回旋加热（ECRH）和超声分子束（SMBI）的有效抑制。HL-2A上的这个模的控制可能是由于局部加热或加料引起的磁剪切或者压强分布的改变。长寿模由于其压强驱动的特征，中性束注入期间在弱剪切区域被大的压强梯度而去稳。为避免这一不稳定性，就必须在等离子体内部维持一定的剪切或者加宽等离子体压强分布使得弱剪切区域的压强梯度降低。HL-2A实验中采用ECRH加热和SMBI加料已经实现对长寿模的成功抑制。HL-2A上的这个模的控制可能是由于局部加热或加料引起的磁剪切或者压强分布的改变。

3 HL-2A装置上中性束注入q_min~1情况下高能离子驱动的反剪切阿尔芬本征模

    RSAE（反剪切阿尔芬本征模）现象能作为测量q分布的一种诊断，即所谓MHD谱。研究RSAE的特性，如存在条件，稳定性及其导致的高能离子损失，是很重要的。聚焦研究了HL-2A装置NBI+ECRH加热期间低密度q_min~1时的RSAE现象。在HL-2A装置上NBI等离子体中，RSAE被观测和研究，并且相关现象具有很好的重复性。模特性，包括频率，模数及传播方向等，已经用磁探针和软X射线阵列进行了测量。观测到磁活性具有慢向下扫频行为，时间尺度大约是几十毫秒。

 

    在HL-2A装置上目前共有13项诊断开展高能粒子相关课题研究。在MHD不稳定性探测方面，发展了高频磁扰动探针、电子回旋辐射及成像系统、软X射线阵列、微波反射和干涉系统。在高能粒子分析方面，完成了11道中性粒子分析系统、硬X射线阵列(锑化镉)以及快离子损失探针的建立；正在发展快离子D-alpha成像（I-FIDA）、硬X射线矩阵（闪烁体）和束裂变系统。

5 HL-2A装置上中性束辅助诊断进展

    在HL-2A装置上发展了一套32/64空间通道的电荷交换复合谱诊断系统和一套7空间通道的动态斯塔克偏振测量仪。在HL-2A物理实验中，电荷交换复合谱诊断系统和动态斯塔克偏振测量仪都投入实验并采集了相关的数据。利用此电荷交换复合谱系统，观察了两个典型的物理现象，锯齿振荡和H模。能够观测到锯齿振荡显示了电荷交换复合光谱的高时间分辨特性，而H模表明了系统具有较高的空间分辨率。该系统在L-H转换后可以观测到输运垒的存在。在L-H转换期间，离子温度和旋转速度随着Dα的振动频率的降低而增大，与转换期间相比，H模期间的边界离子温度和旋转速度明显提高。电荷交换复合光谱系统的光谱仪系统还可以被用于测量磁场倾斜角（动态斯塔克效应偏振测量）。动态斯塔克效应偏振测量仪在磁场强度为~1.3T、束能量为~25keV/amu的弱斯塔克效应条件下获得了较好的测量结果。该系统获得了7个空间点（覆盖范围为24cm）的磁场倾角，时间分辨率约为40ms。使用平衡编码（EFIT）对磁场倾角进行反演，可以得到安全因子的径向分布。在锯齿振荡期间，芯部的安全因子低于1，而q=1面的位置与软X射线反转面推算得到的结果接近。

    利用快离子损失探针在等离子体破裂期间测量得到破裂期间快离子的一些信息。在等离子体破裂前，NBI束离子的能量和螺旋角分别是40 keV和63°。HL-2A装置NBI系统的加速电压是40 kV。所以，快离子损失探针的测量结果与NBI束离子的注入能量相符。等离子体破裂期间，闪烁体屏上的光斑发生了急剧的变化。首先，光斑的亮度极大增强，这意味着在等离子体破裂期间高能离子损失显著增强。快离子损失探针的测量结果提供了破裂期间快离子损失增强的清晰证据。再者，闪烁体屏上的光斑形状和面积发生了很大的变化，导致这一现象的可能原因是：破裂期间的强烈磁扰动和等离子体电流剖面分布的变化导致了快离子输运的极大改变，从而快离子轨道发生了变化。由于能量螺旋角图是利用稳态等离子体位形计算，因此在破裂期间能量螺旋角图不再适用。

 

    在HL-2A托卡马克上，已发展了一套波段为300-3200 Å的1米罗兰圆直入射VUV光谱仪和波段为30-500 Å的略入射EUV光谱仪，主要用于杂质线辐射光谱测量。一般条件下，杂质线辐射波长随着等离子体温度的增加而变短，所以EUV光谱仪主要用于测量来自等离子体心部的高电离态杂质辐射，而VUV系统主要测量来自等离子体边缘的低电离态杂质辐射。在另一方面，测量杂质线辐射的空间分布对研究杂质输运具有很重要的意义，例如在激光吹气LBO和超声分子束注入系统SMBI主动注入杂质测量杂质输运系数中就需要测量杂质线辐射的空间分布。所以需要将EUV光谱仪升级成可以测量高电离态杂质线辐射空间分布的系统，并获得了初步结果。测量表明HL-2A上具有空间分辨的EUV系统的升级很成功，完全能给出实验需要的各种杂质的空间分布。

 

    在HL-2A装置上，观察到没有其他可探测到的MHD不稳定性事件引起的自发NTM（m/n= 3/2），误差场被认为是为NTM的发展提供磁岛的重要候选机制。HL-2A在ECRH（P_ECRH = 1.7 MW）和NBI（P_NBI = 0.8 MW）加热的L-模放电（I_p = 290 kA, B_T = 2.38 T）中出现了自发的NTM。典型的 β_p 阈值范围是0.4~0.6。在416-519ms，由反磁测量得到的β_p在NTM的触发时刻从0.6增加到1，随后在519-568 ms等离子体约束变差约20%，这是NTM的典型特征之一。在NBI投入10ms之后NTM被触发并且由中平面上的Mirnov探针测量的磁场扰动幅度逐渐增大并饱和。在NTM的触发时刻并没有在软-X射线信号上观察到锯齿活性产生。

    在HL-2A托卡马克装置上观测到的一种辐射引起的破裂先兆振荡模式，该振荡的典型特征是芯部区域的软X射线信号、米尔诺夫线圈信号、电子回旋辐射信号与偏滤器区域的 线辐射信号同频率的振荡。经过分析发现，在这种先兆振荡行为中，占主导的模式是m/n=2/1及其高阶分量。振荡的频率在衰减之前总是超过一个临界频率并保持几十到几百毫秒，之后伴随着振荡幅度慢慢变大模式逐渐被锁住。当模式完全被锁住后，等离子体放电破裂。