|
发表于 19-10-2014 21:02:15|来自:新加坡
|
显示全部楼层
借助于1兆瓦NBI系统的成功建造,在2008年度物理实验中开展了高参数注入实验,注入中性束功率超过0.6兆瓦,脉冲宽度达1秒,在国内首次实现等离子体离子温度超过2.0千电子伏,为实现高约束等离子体放电提供了必要手段。大功率的中性束加热使HL-2A托卡马克成为目前国内唯一可能进行高能离子不稳定性研究的装置,并且已经观察到许多重要的物理现象。
利用电子回旋加热和中性束注入加热激发鱼骨模不稳定性。所谓鱼骨模不稳定性是高能粒子和托卡马克内部的扭曲模不稳定性共振激发的一种现象。由于在受激过程中,这种不稳定性显示出周期突发特性,其时间演化非常像鱼类的骨头,因而称为鱼骨模不稳定性。在HL-2A 装置上,开展了鱼骨模不稳定性的研究,并且利用新的诊断系统获得了新的实验结果[7],分析多种鱼骨模特性,在大功率辅助加热条件下观察到鱼骨模的频率跳变现象。
托卡马克等离子体理论预言,在托卡马克等离子体中,微观不稳定性湍流是引起反常输运的主要原因。同时湍流的非线性发展也会引起一种特殊的、环向和极向均匀的带状流。湍流和带状流不仅因为是磁约束等离子体输运研究的核心课题而受到国际聚变界的高度重视,还因为它对理解湍流自组织过程有重要意义,受到国际科学界的普遍重视,成为理论和实验研究的热门课题。从2005年起,在HL-2A装置上开展了湍流和带状流的实验研究[8],用实验证明了测地声模带状流电位扰动的三维结构、形成机制及其径向传播特征,测地声模与背景湍流的相互作用;测地声模带状流密度扰动的结构;低频带状流的结构、形成机制, 低频带状流与背景湍流的作用;边界湍流的频率双区特性,尤其是低频湍流的三维特征以及它的形成机制。
高约束模实验及模特性研究
高约束模首先在德国的ASDEX上用中性束注入得到,当注入功率达到一定阈值,第一壁条件和位形控制合适时,放电会突然从低约束态转变成高约束态(L-H),典型的高约束态的能量约束时间是低约束态的两倍。后来根据大多数装置实验数据,得出L-H模转换的功率阈值定标。对于下一代托卡马克如ITER装置,H模已被确定为常规运行模式。
L-H模转换需要满足许多重要条件,最重要的是加热功率必须大于一定阈值。同时对于装置位形的控制,器壁条件,包括再循环和杂质的控制,等离子体参数的控制等都有严格要求。2009年4月18日,在0.6兆瓦NBI与1.2兆瓦ECRH联合作用下,HL-2A装置首次实现了高约束模放电。在2011年的HL-2A装置春季物理实验中,拓宽了H模的运行范围,在0.7兆瓦NBI和1.5兆瓦ECRH共同作用下,HL-2A装置实现了高参数运行下的H模放电。2011年年底,通过对NBI系统改进和完善,采用先进的锂化和硅化器壁处理技术,HL-2A装置在单独的0.8兆瓦NBI加热功率下实现了H模放电。高约束模的实现,标志着HL-2A装置的综合实验技术上了一个新台阶,在此装置上能够开展前沿的等离子体物理实验研究。
磁约束受控核聚变研究是一项大科学工程,HL-2A装置的建造和物理实验带动了国内相关技术的发展。HL-2A装置作为一个开放的聚变等离子体实验平台,成功地开展了各种有特色的物理实验研究,逐步掌握了现代托卡马克的装置工程和实验运行、先进位形控制等关键技术,还在部分领域获得了世界领先的科研成果。
我国核聚变研究的总体水平与国际先进水平相比还有一定差距。2006年我国政府正式签署加入国际热核实验堆计划,这标志着中国在世界聚变研究领域占有重要一席。加入ITER计划,一方面通过承担ITER建造中的工程研制项目,促进我国聚变工程技术、材料、加工工艺的发展;另一方面消化吸收ITER先进的工程设计、实验控制、实验堆建造关键技术和工艺,使我国磁约束聚变研究更快发展。
目前的聚变研究还处于工程可行性验证阶段,还有很多目前难于解决的技术难题,如等离子体破裂及其控制,第一壁材料问题。乐观地看,21世纪中叶聚変能有可能投入商用。对于一个现代化社会,能源是支撑、是基础,未来的人类社会不能没有充足的能源,聚变研究的道路,艰难曲折,任重道远。 |
|