hl2a装置上电子回旋波加热的实验研究-experimental study on electron cyclotron wave heating in hl2a device.docx

目录中文摘要…………………………………………………………………1英文摘要…………………………………………………………………2第一章绪论……………………………………………………………11.1磁约束核聚变……………………………………………………11.2托卡马克的加热方式……………………………………………11.3HL－2A装置………………………………………………………21.4ECRH的特点和研究进展…………………………………………5第二章电子回旋波加热理论…………………………………………92.1电子回旋波在等离子体中的传播………………………………92.2电子回旋波在等离子体中的吸收理论…………………………162.3数值模拟…………………………………………………………18第三章HL－2A的ECRH系统………………………………………213.1回旋管…………………………………………………………213.2传输系统和天线系统……………………………………………233.3与ECRH相关的等离子体诊断方法简介………………………24第四章HL-2A装置上ECRH实验研究…………………………………284.1ECRH加热实验…………………………………………………284.2ECRH期间等离子体的MHD行为………………………………304.3ECRH期间软X射线的锯齿活性…………………………………324.4ECRH加热对电子逃逸的影响…………………………………354.5ECRH期间的电子热输运………………………………………384.6ECRH加热对等离子体约束的影响……………………………41总结……………………………………………………………………43参考文献………………………………………………………………45致谢……………………………………………………………………48摘要当托卡马克等离子体温度升高到一定值后，等离子体电阻率因与温度的3/2次方成反比而迅速下降，故而等离子体欧姆加热效率迅速减少。这时为获得高性能等离子体，欧姆加热以外的辅助加热非常重要。例如，通过辅助加热给等离子体芯部足够高的功率，可获得高约束模式放电。这些辅助加热和电流驱动包括中性束注入，电子回旋共振加热（ECRH），低混杂波电流驱动及离子回旋共振加热等。本论文的主要工作就是在中国环流器二号A（HL-2A）托卡马克装置上运行大功率(2MW)电子回旋共振加热系统，掌握高功率毫米波传输和测量技术，获得ECRH系统运行经验；并用该系统提高等离子体温度，开展磁流体力学不稳定性及各种输运现象等实验研究。利用研制的2MW电子回旋共振加热系统，在等离子体电流250-350kA，纵向磁场2.2-2.6T，等离子体电子线平均密度0.8-3.0??1013cm-3条件下，开展了一系列实验。在ECRH加热期间，等离子体电子温度升高；等离子体总辐射和软X射线辐射增加；等离子体中心电子密度下降；偏滤器内电子温度升高，热辐射和压强增加。在第5830次放电中，纵场2.42T，等离子体电流300kA,等离子体中心线平均密度为1.7?1013cm?3，电子回旋共振加热输出功率为1.57MW，等离子体的电子温度从1.2KeV上升到4.93KeV。此外，利用该系统还研究了ECRH对磁流体动力学不稳定性的影响，观测到了EC波对软X射线的蛇形振荡的抑制和由ECRH驱动的鱼骨模不稳定性。开展了ECRH加热期间软X射线锯齿活性研究，观察到软X射线出现大锯齿，反形锯齿，饱和锯齿和复合锯齿等多种锯齿振荡现象，分析了各种锯齿活性与等离子体加热功率和等离子体中心电子温度演变的关系。研究了ECRH加热期间的电子热输运以及ECRH加热对电子逃逸的增强或抑制作用，研究表明电子逃逸与ECRH加热功率，脉冲时间，等离子体密度相关。这些研究成果，为今后在HL-2A装置上开展国际热核实验反应堆相关的一些研究，如主动控制不稳定，提供了重要数据。关键词：HL-2A装置电子回旋共振加热软X射线ExperimentstudieswiththeECRHsystemonHL-2AtokamakAbstractAsplasmatemperaturerises,theplasmaresistivitydecreaseswiththeelectron3temperatureasTe2,theohmicheatingbecomeslessimportant.Henceitisimportanttohaveauxiliaryheatingpowerinadditiontotheohmicheatingpowertogethighperformanceoperationontokamaks.Forexample,H-modeconfinementregimecanbeobtainedby