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HL-2A装置超声分子束注入缓解偏滤器靶板上边缘局域模热通量研究

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核聚变与等离子体物理 2015年第1期35卷 1-7页

作者：高金明程钧严龙文李伟聂林冯北滨陈程远卢杰易萍季小全周艳刘仪杨青巍核工业西南物理研究院成都610041

在HL-2A装置上优化和发展了偏滤器靶板上的红外测温系统,并利用该系统分析了高约束模放电期间边缘局域模的热沉积分布特性。在高约束模式放电期间,超声分子束注入使边缘局域模所引起的偏滤器靶板上瞬间热通量峰值下降了~60%,并伴随着边... 详细信息

在HL-2A装置上优化和发展了偏滤器靶板上的红外测温系统,并利用该系统分析了高约束模放电期间边缘局域模的热沉积分布特性。在高约束模式放电期间,超声分子束注入使边缘局域模所引起的偏滤器靶板上瞬间热通量峰值下降了~60%,并伴随着边缘局域模爆发频率增加了2~3倍,而等离子体储能仅下降了~8%。分析结果表明,大幅度的丝状结构在超声分子束注入之后得到了有效抑制,沉积到偏滤器靶板上的瞬间热通量峰值也随之下降。此外,在超声分子束注入之后偏滤器室内的热辐射损失大幅度增加,从而耗散了热输运所携带的部分能量,进一步分散了沉积到偏滤器靶板上的能量,有效地保护了偏滤器靶板。

关键词：边缘局域模超声分子束注入热通量缓解红外测温系统

HL-2A等离子体垂直振荡缓解边缘局域模实验观测

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核聚变与等离子体物理 2019年第2期39卷 97-103页

作者：吴娜陈少永唐昌建宋显明杨曾辰余德良许健强 HL-2A团队四川大学物理科学与技术学院成都610064 四川大学高能量密度物理及技术教育部重点实验室成都610064 核工业西南物理研究院成都610041

在HL-2A装置实验中,通过对水平场加入方波扰动,实现了等离子体垂直运动。当等离子体向上垂直运动时,观察到了边缘局域模(ELM)缓解现象。研究发现,等离子体向上运动过程中边缘不断形成新的闭合磁面,导致等离子体体积膨胀,进而使台基宽度... 详细信息

在HL-2A装置实验中,通过对水平场加入方波扰动,实现了等离子体垂直运动。当等离子体向上垂直运动时,观察到了边缘局域模(ELM)缓解现象。研究发现,等离子体向上运动过程中边缘不断形成新的闭合磁面,导致等离子体体积膨胀,进而使台基宽度增加。此外,ELM缓解期间杂质和工作气体再循环有所增加。等离子体向上运动过程中体积膨胀、工作气体再循环及杂质增加可能是导致ELM缓解的主要物理因素。该实验可为未来聚变实验装置ELM的控制提供一些参考。

关键词：边缘局域模缓解垂直振荡 HL-2A装置

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抗磁漂移对边缘局域模影响的数值模拟研究

核聚变与等离子体物理 2024年第3期44卷 351-358页

作者：周煜捷郝广周朱毅仁薛淼核工业西南物理研究院成都610041

使用BOUT++三场模型,针对HL-3装置混合运行模式,数值模拟研究了抗磁漂移对ELM的影响。研究结果表明,抗磁漂移对ELM,尤其是高环向模数的气球模具有显著的致稳作用,使模式从高环向模数的气球模主导转换为低环向模数的剥离模主导。研究还发... 详细信息

使用BOUT++三场模型,针对HL-3装置混合运行模式,数值模拟研究了抗磁漂移对ELM的影响。研究结果表明,抗磁漂移对ELM,尤其是高环向模数的气球模具有显著的致稳作用,使模式从高环向模数的气球模主导转换为低环向模数的剥离模主导。研究还发现,抗磁漂移的径向分布的不均匀性会导致ELM模结构的变形。通过对ELM幅度的分析发现,抗磁漂移可以减小ELM幅度,这对HL-3未来混合运行模式中如何有效控制ELM具有一定的参考价值。

关键词： HL-3 边缘局域模 BOUT++ 抗磁效应

HL-3装置台基区边缘局域模的数值模拟研究

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核聚变与等离子体物理 2024年第4期44卷 470-476页

作者：王圣清王占辉唐腾飞徐欣亮陈坚王志斌中山大学中法核工程与技术学院核工业西南物理研究院

基于剥离气球模模型，采用BOUT++中三场elm-pb程序对HL-3装置中台基区边缘局域模(ELM)进行了数值模拟。研究结果表明，HL-3中台基区主导ELM的环向模数为n=25，驱动ELM的因素为电流主导的剥离气球模不稳定性，台基剖面垮塌集中在压强梯... 详细信息

基于剥离气球模模型，采用BOUT++中三场elm-pb程序对HL-3装置中台基区边缘局域模(ELM)进行了数值模拟。研究结果表明，HL-3中台基区主导ELM的环向模数为n=25，驱动ELM的因素为电流主导的剥离气球模不稳定性，台基剖面垮塌集中在压强梯度最大处。此外，数值模拟结果显示在HL-3装置中台基区ELM幅值较小，是一种草丛型边缘局域模。

关键词： HL-3装置台基区非线性草丛型边缘局域模

托卡马克中X点扰动位移与三维磁扰动场控制边缘局域模相关性研究

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托卡马克中X点扰动位移与三维磁扰动场控制边缘局域模相关性研究

作者：王燕飞东华大学

学位级别：硕士

在先进托卡马克装置上,边缘局域模(Edge Localized Modes,ELMs)是一种非常常见的磁流体不稳定性。在高约束模式下,ELMs将会在边缘等离子体区域周期性爆发。边缘局域模的每次爆发,将伴随大量的等离子体粒子携带着能量,由等离子体区域向... 详细信息

在先进托卡马克装置上,边缘局域模(Edge Localized Modes,ELMs)是一种非常常见的磁流体不稳定性。在高约束模式下,ELMs将会在边缘等离子体区域周期性爆发。边缘局域模的每次爆发,将伴随大量的等离子体粒子携带着能量,由等离子体区域向外喷发,最终打击到面向等离子体的材料上,如偏滤器靶板。持续的热沉积将缩短第一壁材料的使用寿命,甚至给整个托卡马克装置的放电带来危险,尤其在未来大型托卡马克装置上,如ITER等。在实验和工程上,目前有多种途径可以实现ELMs的有效缓解和抑制,其中,在工程上最成熟的手段为外加三维共振磁扰动场(Resonant Magnetic Perturbation,RMP)。利用这种方法,已在多台托卡马克装置上,成功地将I型ELMs缓解为III型ELMs,甚至完全抑制。虽然RMP技术在实验上得到了广泛应用,但其有效控制边缘局域模的物理机制还不明确。目前的研究结果表明,RMP场控制边缘局域模的过程与等离子体响应相关。然而现有的理论研究,大多是针对各个单独的托卡马克装置考察等离子体对RMP场的响应,没有关于不同装置之间的横向比较。针对ELMs控制的理论是否能够线性外推至未来大型托卡马克装置,需要将不同装置的结果进行横向比较和分析。本文将对此展开研究,并将结果与实验平衡下的计算结果进行比较。根据线性等离子体响应理论模型,两个参数可以用于判别等离子体响应以及ELMs控制效果:(i)最靠近等离子体边界的有理面上包含等离子体响应的总径向扰动磁场的共振分量b;(ii)在等离子体边界上靠近X点的法向扰动位移ξ。由这两个参数预测的最优RMP场相似。根据这两个判别参数,本文利用全环位形下包含等离子体电阻的MARS-F程序,构建线性等离子体响应模型,系统地对等离子体响应与ELMs控制之间的关系展开研究。首先,根据装有RMP线圈的托卡马克装置ASDEX-Upgrade、DIII-D、EAST和MAST上的实验平衡数据,计算了环向模数n=1,2,3,4和环向电流相位差ΔΦ=-180°～180°的外加共振磁扰动场带来的等离子体响应。经过统计分析最佳相位差条件下的b和ξ,发现与等离子体响应有关的物理量包括等离子体旋转、等离子体环径比和边界安全因子等。其次,根据ASDEX-Upgrade装置31131放电的实验平衡,构建了一组在台基区附近具有不同刹车位置的等离子体旋转剖面,计算由n=1,ΔΦ=0°的共振扰动磁场导致的等离子体响应,研究刹车点位置对等离子体响应的影响。结果表明,当等离子体旋转的刹车点经过有理面时,由于有理面上存在磁岛链,等离子体对共振磁扰动场的屏蔽作用降低,b和ξ发生跳变,即等离子体响应发生跳变,粒子和能量的径向输运增强,可以为大型托卡马克装置利用共振磁扰动场控制边缘局域模提供理论指导。最后,根据ASDEX-Upgrade装置31128放电的实验平衡,分别针对等离子体大半径和小半径构建了两组新平衡,计算n=1,ΔΦ=0°和180°条件下的磁扰动,研究了等离子体大半径和小半径对等离子体响应的影响。模拟结果表明,真空条件下,扰动磁场随着等离子体大半径和小半径的改变而单调变化;在考虑等离子体响应后,总场随着等离子体大半径和小半径的增大而非单调变化。因此,针对ELMs控制的理论不能简单地按照真空场模型线性外推至未来大型托卡马克装置,需要寻求最佳的等离子体大半径和小半径。

关键词：边缘局域模共振磁扰动等离子体响应 MARS-F程序

EAST托卡马克上低杂波调制触发边缘局域模的研究

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EAST托卡马克上低杂波调制触发边缘局域模的研究

第十八届全国等离子体科学技术会议

作者：杨清泉徐国盛王茂兰恒王一丰贾曼妮中国科学院等离子体物理研究所中国科学技术大学

EAST托卡马克上首创了一种用低杂波调制来触发边缘局域模的新技术。这种新技术触发的边缘局域模的频率最高已达120Hz,更高的触发频率受制于托卡马克台基区恢复的时间。高时间分辨的剖面测量表明,低杂波打开后短时间尺度内,台基区底部的... 详细信息

EAST托卡马克上首创了一种用低杂波调制来触发边缘局域模的新技术。这种新技术触发的边缘局域模的频率最高已达120Hz,更高的触发频率受制于托卡马克台基区恢复的时间。高时间分辨的剖面测量表明,低杂波打开后短时间尺度内,台基区底部的粒子被排出主等离子体,密度分布变平坦,而台基区顶部的局域的密度梯度变大。边缘局域模的爆发也集中在此局域的区间内,这也是实验上观测到的边缘局域模较小的原因之一。台基底部的粒子排出可以从偏滤器区域观测的Da辐射的增加得到印证。初步的研究表明,台基区底部的粒子排出与低杂波在刮削层中形成的电流丝带在等离子体边界产生的随机场有关。对于低杂波加入前后的边界剖面的稳定性分析也表明,随着低杂波的打开,边界局域密度或者说压强梯度的增加,边界的剥离气球模变得越来越偏离稳定区。这与我们实验上观测到的最终的边缘局域模的爆发一致。此外,考虑到在未来聚变堆参数范围内,低杂波的功率沉积天然靠近边界,因此低杂波本身在台基区的功率沉积和电流驱动也可以改变台基区的压强和电流分布,从而改变其磁流体力学不稳定性。从这个角度考虑,此项技术有望在未来得到更为广泛的应用。

关键词：低杂波边缘局域模随机场粒子排出

HL-2A装置超声分子束注入缓解偏滤器靶板上边缘局域模热通量研究

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HL-2A装置超声分子束注入缓解偏滤器靶板上边缘局域模热通量研究

中国核学会2015年学术年会

作者：高金明程钧严龙文李伟聂林冯北滨陈程远卢杰易萍季小全周艳刘仪杨青巍核工业西南物理研究院 HL-2A组

在HL-2A装置上,优化和发展了偏滤器靶板上的红外测温系统,并利用该系统分析了高约束模放电期间边缘局域模的热沉积分布特性。在高约束模式放电期间,超声分子束注入使边缘局域模所引起的偏滤器靶板上瞬间热通量峰值下降了0%,并伴随着边... 详细信息

在HL-2A装置上,优化和发展了偏滤器靶板上的红外测温系统,并利用该系统分析了高约束模放电期间边缘局域模的热沉积分布特性。在高约束模式放电期间,超声分子束注入使边缘局域模所引起的偏滤器靶板上瞬间热通量峰值下降了0%,并伴随着边缘局域模爆发频率增加了2倍,而等离子体储能仅下降了%。分析结果表明,大幅度的丝状结构在超声分子束注入之后得到了有效抑制,沉积到偏滤器靶板上的瞬间热通量峰值也随之下降。此外,在超声分子束注入之后偏滤器室内的热辐射损失大幅度增加,从而耗散了热输运所携带的部分能量,进一步分散了沉积到偏滤器靶板上的能量,有效地保护了偏滤器靶板。

关键词：边缘局域模超声分子束注入热通量缓解红外测温系统

HL-2A装置超声分子束注入缓解偏滤器靶板上边缘局域模热通量研究

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HL-2A装置超声分子束注入缓解偏滤器靶板上边缘局域模热通量研究

中国核学会2015年学术年会

作者：高金明程钧严龙文李伟聂林冯北滨陈程远卢杰易萍季小全周艳刘仪杨青巍核工业西南物理研究院 HL-2A组

在HL-2A装置上,优化和发展了偏滤器靶板上的红外测温系统,并利用该系统分析了高约束模放电期间边缘局域模的热沉积分布特性。在高约束模式放电期间,超声分子束注入使边缘局域模所引起的偏滤器靶板上瞬间热通量峰值下降了~60%,并伴随着... 详细信息

在HL-2A装置上,优化和发展了偏滤器靶板上的红外测温系统,并利用该系统分析了高约束模放电期间边缘局域模的热沉积分布特性。在高约束模式放电期间,超声分子束注入使边缘局域模所引起的偏滤器靶板上瞬间热通量峰值下降了~60%,并伴随着边缘局域模爆发频率增加了2~3倍,而等离子体储能仅下降了~8%。分析结果表明,大幅度的丝状结构在超声分子束注入之后得到了有效抑制,沉积到偏滤器靶板上的瞬间热通量峰值也随之下

关键词：边缘局域模超声分子束注入热通量缓解红外测温系统

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HL-2A装置边缘局域模磁先兆扰动特征

HL-2A装置边缘局域模磁先兆扰动特征

中国核学会2011年学术年会

作者：季小全杨青巍刘仪黄渊冯北滨徐媛孙腾飞袁保山核工业西南物理研究院

在HL-2A托卡马克装置高约束模式放电中,使用Mirnov探针清楚观察到边缘局域模磁先兆扰动。磁先兆扰动通常出现在边缘局域模爆发前几百微秒到几毫秒前,它的频率约为45 kHz,沿电子逆磁漂移方向传播。磁先兆扰动的环向模数较高(大于4),并具... 详细信息

在HL-2A托卡马克装置高约束模式放电中,使用Mirnov探针清楚观察到边缘局域模磁先兆扰动。磁先兆扰动通常出现在边缘局域模爆发前几百微秒到几毫秒前,它的频率约为45 kHz,沿电子逆磁漂移方向传播。磁先兆扰动的环向模数较高(大于4),并具有明显的强、弱场不对称性(弱场侧探针可以探测到该扰动,而强场侧很难探测到),这些是气球模不稳定性的典型特征。在边缘局域模爆发前约300μs,磁先兆扰动幅度通常会快速增长,频率有所下降。

关键词：环流器二号A 高约束模式边缘局域模磁先兆