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聚变科学所青年学术交流委员会 第239期学术交流活动通知
编辑: 发布时间: 2021年06月28日

第一讲:等离子体加热和驱动

报告人:严龙文 (研究员),102室   

时   间:2021年6月30日(周三) 午 09:30

地   点:聚变所二楼小会议室

摘   要:磁约束等离子体欧姆加热的最高温度通常小于3 keV,远小于氘—氚聚变反应的最佳温度20 keV,必须采用中性束注入、离子回旋波、电子回旋波和低杂波等加热方法来提高等离子体温度。中性粒子束通过与主离子电荷交换以及碰撞电离而被吸收,在高于临界能量(Ec~15Te)时主要加热电子,其后加热离子。中性束注入可用于等离子体加热、加料、电流驱动和旋转驱动,它的加热和加料效率都很高,但是电流驱动效率较低。

      射频波加热和驱动包括波功率的产生、传输、发射、耦合、传播、模转换和吸收等过程。短波可与等离子体远场耦合,而长波需要考虑天线的匹配问题并求全波解。波的传播可用冷等离子体近似描述,但在共振吸收区需要考虑有限拉莫半径的动理学效应及模式转换。波主要通过回旋共振和朗道阻尼吸收,其次是渡越时间阻尼和碰撞吸收等。离子回旋的基波不能在等离子体中传播,必须使用快波加热方法,而快波的主离子不存在基频共振吸收而采用少数离子加热以及主离子的二次和高次谐波共振加热模式,还可转换成离子伯恩斯坦波加热;快波电流驱动效率与电子温度成正比,预计在聚变堆芯部的驱动效率可与低杂波相当。电子回旋波主要采用弱磁场侧的O模或二次谐波X模入射,能量吸收机制主要是回旋共振,其电流驱动机制主要是利用速度空间的不对称性扩散,超热电子的电流驱动效率与低杂波相当。低杂波加热采用正负对称的波谱功率分布,而电流驱动采用非对称的波谱功率分布;目前低杂波的电流驱动效率比其它方法高近一个数量级,主要用于电流驱动;低杂波不能在高密度区和低磁场区传播,主要用于边缘低密度区的电流驱动。

第二讲:等离子体与表面相互作用

报告人:严龙文 (研究员),102室

时   间:2021年7月1日(周四) 午 09:30

地   点:聚变所二楼小会议室

摘   要:在磁场与导体表面接触点附近,等离子体可细分为预鞘层、磁预鞘层、德拜鞘层三个区域,它们的长度分别为粒子的碰撞平均自由程、离子回旋半径和几倍德拜长度的量级,鞘层内的电位降大约为3Te。氢同位素在等离子体边界会发生电荷交换、分子离解、分子电离、原子电离等过程,边界等离子体密度近似正比于电子密度的平方,边界温度会随密度增加而较快下降,使鞘层电位也快速下降。偏滤器的主要作用是降低靶板的热负荷和进入主等离子体的杂质、中性粒子流以及排除氦灰。刮离层中的温度衰减长度大于热通量、密度、粒子通量和压强的衰减长度。等离子体与表面相互作用主要有吸附、脱附、背散射、物理溅射、化学溅射、单极弧、起皮、辐射升华、灰尘剥离等过程,其主要诊断有激光诱导击穿光谱、静电灰尘探测器、热解析仪、电容隔膜规、核反应分析仪,等等。壁处理包括高温烘烤、放电清洗、在壁表面覆盖Ti、Cr、Be和Li等金属膜吸气,以及在壁表面进行硼化、碳化、硅化和锂化等覆盖非金属薄膜处理,实时壁处理技术正在被越来越多的装置采用。壁处理能极大地降低器壁再循环系数和主等离子体的杂质浓度,还能提高等离子体约束性能和密度极限,它已被广泛采用。

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