托卡马克装置误差场的作用与对策研究

1、托卡马克装置误差场的作用与对策研究托卡马克装置误差场的作用与对策研究Investigation on Effects and Countermeasure of Error Field in a Tokamak项项 目目 批批 准准 号：号： 19889504项项 目目 负负 责责 人：人： 赵君煜赵君煜资资 助助 金金 额：额： 80万元万元起起 止止 年年 月：月： 1999年年1月月-2002年年12月月项目参加单位：项目参加单位：中国科学院等离子体物理研究所、 核工业西南物理研究院、中国科技大学重点基金项目结题报告项目研究意义项目研究意义托卡马克装置的固有误差场可以引起危害极大的锁模类

2、大破裂，托卡马克装置的固有误差场可以引起危害极大的锁模类大破裂，是建造聚变反应堆的一个重要障碍。是建造聚变反应堆的一个重要障碍。实验发现过去不为人们所理解的无先兆大破裂以及某些隐含的实验发现过去不为人们所理解的无先兆大破裂以及某些隐含的不稳定性现象和约束变差的现象，都可能与锁模问题有关。不稳定性现象和约束变差的现象，都可能与锁模问题有关。锁模类破裂限制了等离子体稳定运行区，它可发生在低密度、锁模类破裂限制了等离子体稳定运行区，它可发生在低密度、低低q、密度极限的三条边界处。可发生在等离子体电流上升、平、密度极限的三条边界处。可发生在等离子体电流上升、平顶、下降的任何一个阶段。限制了各种先进运行

3、模式（顶、下降的任何一个阶段。限制了各种先进运行模式（H模、模、VH模、模、Super-shot S模、模、hot-ion H模、反剪切位形、小球注入等）以模、反剪切位形、小球注入等）以及长脉冲运行（及长脉冲运行（LHCD低混杂波电流驱动等）的实现。低混杂波电流驱动等）的实现。重点基金项目结题报告项目研究综述项目研究综述锁模是由于装置本身固有的低锁模是由于装置本身固有的低 m,n=1模数误差场与等离子体模数误差场与等离子体m=2, n=1 撕裂模相互作用引发的。撕裂模相互作用引发的。Fitzpatrick等人提出共振静态误差场向着旋转的撕裂模渗透而与等人提出共振静态误差场向着旋转的撕裂模渗透而

4、与其相互作用，使磁岛停转并且幅值增大。用撕裂模非线性理论得其相互作用，使磁岛停转并且幅值增大。用撕裂模非线性理论得到引起锁模的临界误差场的定标律，与到引起锁模的临界误差场的定标律，与CAMPASS-C、DIII-D、JET的实验结果基本一致。的实验结果基本一致。装置尺寸越大，允许的临界误差场越小，锁模类破裂现象将越容装置尺寸越大，允许的临界误差场越小，锁模类破裂现象将越容易发生；等离子体密度越低，允许的临界误差场也越小。易发生；等离子体密度越低，允许的临界误差场也越小。外推到下一代国际联合核聚变堆外推到下一代国际联合核聚变堆ITER上，估计其允许的误差场上，估计其允许的误差场值与纵场值之比为值

5、与纵场值之比为2 10-5，这意味着工程上允许的尺度公差仅，这意味着工程上允许的尺度公差仅2-3毫米。毫米。重点基金项目结题报告项目研究综述项目研究综述在一些中、大型托卡马克装置（如在一些中、大型托卡马克装置（如DIII-DDIII-D、JETJET），），通过积极努力消除或补偿误差场，在扩大运行区和通过积极努力消除或补偿误差场，在扩大运行区和实现先进运行模式方面已取得明显效果。实现先进运行模式方面已取得明显效果。人们主要通过外加补偿场的方法消除或补偿误差场，人们主要通过外加补偿场的方法消除或补偿误差场，或通过高功率的中性束注入（或通过高功率的中性束注入（NBINBI）增加等离子体的）增加等离

6、子体的旋转剪切抑制旋转剪切抑制MHDMHD不稳定性的增长。不稳定性的增长。重点基金项目结题报告项目研究综述项目研究综述在在HT-7HT-7超导托卡马克上进行的欧姆加热实验、离子回超导托卡马克上进行的欧姆加热实验、离子回旋加热实验、低混杂波电流驱动实验中，观察到其等旋加热实验、低混杂波电流驱动实验中，观察到其等离子体稳定运行区的三条边界均受到锁模类大破裂的离子体稳定运行区的三条边界均受到锁模类大破裂的限制，阻碍着放电参数的提高和长脉冲运行的实现。限制，阻碍着放电参数的提高和长脉冲运行的实现。目前的误差场定标律是在常规托卡马克条件下提出和目前的误差场定标律是在常规托卡马克条件下提出和验证的，在验证

7、的，在HT-7HT-7这样的超导装置上影响如何需进一步这样的超导装置上影响如何需进一步研究。此项研究对研究。此项研究对HT-7UHT-7U超导托卡马克在工程设计和安超导托卡马克在工程设计和安装公差要求方面提出重要的参考作用。装公差要求方面提出重要的参考作用。重点基金项目结题报告项目研究综述项目研究综述项目研究目标项目研究目标研究误差场与电阻撕裂模相互作用引起大破研究误差场与电阻撕裂模相互作用引起大破裂的机理、以及临界误差场的定标律。裂的机理、以及临界误差场的定标律。探索其补偿、消减或控制的措施，为实现高探索其补偿、消减或控制的措施，为实现高参数高约束态的长脉冲先进运行模式打下基参数高约束态的长

8、脉冲先进运行模式打下基础。础。重点基金项目结题报告项目研究综述项目研究综述编制计算托卡马克磁场绕线的误差产生的空间误差场的计算程编制计算托卡马克磁场绕线的误差产生的空间误差场的计算程序，利用此程序计算序，利用此程序计算HT-7HT-7的误差场的误差场编制基于小波变换的、可进行锁模现象分析和定量研究撕裂模编制基于小波变换的、可进行锁模现象分析和定量研究撕裂模的演化过程的程序。的演化过程的程序。误差场研究课题，在误差场研究课题，在HT-7HT-7和和HL-1MHL-1M上获取了丰富的实验结果，上获取了丰富的实验结果，对误差场与电阻撕裂模相互作用引起大破裂的机理有了深入的对误差场与电阻撕裂模相互作用

9、引起大破裂的机理有了深入的理解。理解。经过探索和实验研究，取得了几种可用于补偿、消减或控制误经过探索和实验研究，取得了几种可用于补偿、消减或控制误差场引起锁模类大破裂的措施，并在差场引起锁模类大破裂的措施，并在HT-7HT-7的物理实验中验证，的物理实验中验证，成为成为HT-7HT-7成功地实现高参数高约束态的长脉冲先进运行重要的成功地实现高参数高约束态的长脉冲先进运行重要的保证之一。保证之一。为为ITERITER误差场的控制研究提供了新途径误差场的控制研究提供了新途径重点基金项目结题报告项目研究综述项目研究综述主要研究成果锁模不稳定性机制锁模不稳定性机制托卡马克的理想导体壳对撕裂模具有强烈的

10、稳定作用。导体壁是有限电阻托卡马克的理想导体壳对撕裂模具有强烈的稳定作用。导体壁是有限电阻的，一个纯增长性的模仅仅能够被电阻性壁慢化而不能够被完全稳定。的，一个纯增长性的模仅仅能够被电阻性壁慢化而不能够被完全稳定。如果扰动模式具有一个旋转的实频率如果扰动模式具有一个旋转的实频率 rot，当，当 rot w1，撕裂模仍能被电阻，撕裂模仍能被电阻性壁所稳定（性壁所稳定（ w ：电阻性壁的渗透时间常数）。随着：电阻性壁的渗透时间常数）。随着 rot w值的不断下降，值的不断下降，壁的渗透和慢化转矩增加，壁的渗透和慢化转矩增加，旋转频率将不断下降，当旋转的相速度减小到旋转频率将不断下降，当旋转的相速度

11、减小到零，此模式被锁定在真空室的一个和几个环向位置上。零，此模式被锁定在真空室的一个和几个环向位置上。模式锁定是一个非线性过程，旋转频率的减速度与磁岛宽度的三或四次方模式锁定是一个非线性过程，旋转频率的减速度与磁岛宽度的三或四次方成正比，取决于模式锁定是否仅仅使共振面附近区域的流慢化，或者等离成正比，取决于模式锁定是否仅仅使共振面附近区域的流慢化，或者等离子体更刚性慢化。子体更刚性慢化。重点基金项目结题报告锁模不稳定性研究锁模不稳定性研究锁模不稳定性磁扰动的两种来源锁模不稳定性磁扰动的两种来源各种磁场线圈微小的非对称性产生的误差场，其先兆振荡存在时间通常各种磁场线圈微小的非对称性产生的误差场，

12、其先兆振荡存在时间通常很长。很长。由于电流剖面分布的变化，在有理面上发展起来的磁岛超过一定的阈值由于电流剖面分布的变化，在有理面上发展起来的磁岛超过一定的阈值而触发的，其先兆振荡存在的时间较短，或者无明显的先兆振荡。而触发的，其先兆振荡存在的时间较短，或者无明显的先兆振荡。 对于对于2/1撕裂模，临界磁场扰动满足关系：撕裂模，临界磁场扰动满足关系：Br21/BT|r=a(fR/BT)4/3n2/3，其中，其中f是等离是等离子体环向旋转频率。子体环向旋转频率。 对于欧姆加热等离子体，磁场扰动频率大约是电子漂移频率对于欧姆加热等离子体，磁场扰动频率大约是电子漂移频率fDe: f fDe kTe0/

13、eBTa2 k是波尔兹曼常数，是波尔兹曼常数，Te0是中心电子温度。是中心电子温度。安全因子和环径比为常数时，由能量约束和密度的定标关系，可估计临安全因子和环径比为常数时，由能量约束和密度的定标关系，可估计临界扰动磁场与装置参数的定标关系式为：界扰动磁场与装置参数的定标关系式为： Br21/BT|r=a R0-26/15BT-14/15重点基金项目结题报告锁模不稳定性研究锁模不稳定性研究空间误差场计算程序的编制及其应用空间误差场计算程序的编制及其应用编制了计算程序，可以将托卡马克磁场绕线的误差产生的空间误差场进行编制了计算程序，可以将托卡马克磁场绕线的误差产生的空间误差场进行计算，并利用此程序

14、对计算，并利用此程序对HT-7进行了仿真计算。进行了仿真计算。重点基金项目结题报告HT-7平衡场 X-R, Y-z 单位米理论与计算理论与计算重点基金项目结题报告HT-7极向磁通等位面，极向磁通等位面，Ip=37kA, p=0.3理论与计算理论与计算重点基金项目结题报告HT-7等离子体电流处于上升段的平衡位形等离子体电流处于上升段的平衡位形理论与计算理论与计算重点基金项目结题报告HT-7等离子体电流处于平顶段的平衡位形等离子体电流处于平顶段的平衡位形HT-7 p=2.0 的平衡磁面图的平衡磁面图理论与计算理论与计算误差场的主动控制系统误差场的主动控制系统重点基金项目结题报告项目研究综述项目研究

15、综述在在HT-7HT-7托克马克中存在垂直误差场和较大的水平误差场。托克马克中存在垂直误差场和较大的水平误差场。其中水平误差场引起等离子体垂直位移漂移。其中水平误差场引起等离子体垂直位移漂移。两套控制误差场的电源已应用于两套控制误差场的电源已应用于 HT-7 超导托卡马克。超导托卡马克。电源电源1 用于水平误差场的用于水平误差场的补偿，同时用作垂直位补偿，同时用作垂直位移反馈控制电源。电源移反馈控制电源。电源1 的使用，为的使用，为 HT-7 长脉冲长脉冲和高参数放电提供了保和高参数放电提供了保证。证。电源电源2已应用于已应用于HT-7托托卡马克的垂直误差场补卡马克的垂直误差场补偿偿.电源电源

16、2的应用，将等的应用，将等离子体击穿时间延时从离子体击穿时间延时从 12ms 降低到降低到 1ms以下。以下。小波变换程序的编制机器在锁模现象分析中的应用小波变换程序的编制机器在锁模现象分析中的应用-本工作由本工作由ASIPP与与USTC合作完成合作完成重点基金项目结题报告理论与计算理论与计算一、问题的提出和工作意义一、问题的提出和工作意义在等离子体物理实验中，从实验角度对撕裂模的发展规律作定量分析尚不多在等离子体物理实验中，从实验角度对撕裂模的发展规律作定量分析尚不多见，原因是提取纯粹的撕裂模扰动信号尚属困难。八十年代中期热门起来的见，原因是提取纯粹的撕裂模扰动信号尚属困难。八十年代中期热门

17、起来的小波变换是一种比短时付里叶变换更加灵活有效的时频分析方法，我们将引小波变换是一种比短时付里叶变换更加灵活有效的时频分析方法，我们将引进来用于去除干扰和低频信号，提取纯粹的撕裂模信号以达到定量分析其变进来用于去除干扰和低频信号，提取纯粹的撕裂模信号以达到定量分析其变化规律的目的。化规律的目的。Tokamak装置中的大破裂是实现核聚变点火途径中的一大障碍，一般认为撕装置中的大破裂是实现核聚变点火途径中的一大障碍，一般认为撕裂模增长和模耦合是导致大破裂的主要原因。研究撕裂模的机制，寻求抑制裂模增长和模耦合是导致大破裂的主要原因。研究撕裂模的机制，寻求抑制撕裂模的方法一直是理论和实验工作者关注的

18、重大课题。在撕裂模理论方面撕裂模的方法一直是理论和实验工作者关注的重大课题。在撕裂模理论方面已进行了许多工作，近年来在模耦合、时间演化方面有不少进展，若我们从已进行了许多工作，近年来在模耦合、时间演化方面有不少进展，若我们从实验角度对撕裂模的发展与模耦合作定量分析，将对理论工作起到检证和促实验角度对撕裂模的发展与模耦合作定量分析，将对理论工作起到检证和促进的作用。进的作用。 重点基金项目结题报告理论与计算理论与计算在在HT-7HT-7上通过将环向磁场方向逆转、电流方向逆转，进行了上通过将环向磁场方向逆转、电流方向逆转，进行了MHDMHD不稳定性模不稳定性模式的变化研究，并在欧姆、低混杂波电流驱

19、动条件下，对锁模类破裂现象进式的变化研究，并在欧姆、低混杂波电流驱动条件下，对锁模类破裂现象进行了较详细的实验研究。行了较详细的实验研究。重点基金项目结题报告锁模不稳定性研究锁模不稳定性研究18Mode locking DisruptionSaw teeth VS MHDLocked mode锁模不稳定性研究锁模不稳定性研究重点基金项目结题报告19欧姆放电等离子体欧姆放电等离子体MHD行为行为破裂后激发破裂后激发MHDMHD频率先降后频率先降后升，然后消失。升，然后消失。锁模导致破裂。锁模导致破裂。锁模不稳定性研究锁模不稳定性研究重点基金项目结题报告20锁模不稳定性研究锁模不稳定性研究重点基金

20、项目结题报告21离子伯恩斯坦波（离子伯恩斯坦波（IBW）可以激发）可以激发MHD HzTime (s)MHD的高频的高频扰动扰动(m/n=3/1)衰减到低频衰减到低频(m/n=2/1).在锁模过程在锁模过程中，高频和中，高频和低频都被锁低频都被锁定。随后出定。随后出现等离子体现等离子体电流破裂。电流破裂。锁模不稳定性研究锁模不稳定性研究重点基金项目结题报告22离子伯恩斯坦波（离子伯恩斯坦波（IBW）也可以抑制）也可以抑制MHDMHD常导致高功率常导致高功率的放电终止。的放电终止。 锁模不稳定性研究锁模不稳定性研究重点基金项目结题报告将将IBW加热的共振层放在有理面加热的共振层放在有理面（ m/

21、n为有理数）附近，可以改为有理数）附近，可以改变该区域的压力（即电流）分布。变该区域的压力（即电流）分布。重点基金项目结题报告项目研究综述项目研究综述可用低混杂波（可用低混杂波（LHW）控制电流分布来抑制）控制电流分布来抑制MHD与欧姆放电相比，与欧姆放电相比，LHCD、LHCD&ICRF条件下锁模出现条件下锁模出现的区域被扩展。这与低杂波驱的区域被扩展。这与低杂波驱动改变了电流分布有关。动改变了电流分布有关。低混杂波（低混杂波（LHWLHW）和离子回旋波）和离子回旋波（ICWICW）的协同也是有效的手段。）的协同也是有效的手段。0.40.60.81.01.21.41.60.240.2

22、80.320.36lockmode underohmLHWICRFLHW+ICRF1/qaneR/BTHT-7HT-7锁模出现区域的锁模出现区域的HugillHugill图。图。0510152025300200400600800100012001400Bt=2.0Ne=1.5Te(0)=800eVIp=120kAPrf=300kW =1500, Irf=94kA =1300, Irf=117kA =1100, Irf=80kA =900, Irf=65kACurrent density (Acm-2)r (cm)不同相位角不同相位角(N(N/) )的低杂波驱动的电流密度分布。的低杂波驱动的电流

23、密度分布。24用低混杂波（用低混杂波（LHW）控制电流分布来抑制）控制电流分布来抑制MHD在在LHW 或或 LHW+ICRF（离子（离子回旋共振加热）下，观察到锁回旋共振加热）下，观察到锁模而不破裂。模而不破裂。在在LHW下下MHD模旋转减慢模旋转减慢而未出现锁模破裂。而未出现锁模破裂。锁模不稳定性研究锁模不稳定性研究重点基金项目结题报告25B B Sx(s)(s)HzHz锁模过程中锁模过程中MHDMHD扰动频率降低。扰动频率降低。软软X X射线测量信号上也观测到射线测量信号上也观测到MHDMHD扰动的行为特征。扰动的行为特征。Mode-locking锁模不稳定性研究锁模不稳定性研究重点基金项

24、目结题报告26与欧姆放电相与欧姆放电相比，低杂波条比，低杂波条件下锁模出现件下锁模出现的区域被扩展。的区域被扩展。这与低杂波驱这与低杂波驱动改变了电流动改变了电流分布有关。分布有关。0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.50.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5shots ofohm/lockmodeLHW/lockmodeICRF/lockmodeLHW+ICRF/lockmodeq0qaqa/q0=2Scatter plot of HT-7 pulses in the q0,qa plane. Mode-locking mainly in the t

25、earing modes region.2锁模不稳定性研究锁模不稳定性研究重点基金项目结题报告电流调制是抑制电流调制是抑制MHDMHD不稳定性的有效手段不稳定性的有效手段重点基金项目结题报告项目研究综述项目研究综述典型的电流调制放电（典型的电流调制放电（TFMC）足够大的等离子体电足够大的等离子体电流振荡可以抑制大的流振荡可以抑制大的磁流体不稳定性磁流体不稳定性（m/n=2/1m/n=2/1撕裂模）。撕裂模）。等离子体电流的调制等离子体电流的调制幅度必须足够大，必幅度必须足够大，必须在快于不稳定性增须在快于不稳定性增长的时间尺度内，移长的时间尺度内，移动等离子体的动等离子体的q=2q=2共振共

26、振面大于磁岛宽度。面大于磁岛宽度。Ip=114KA, dIp/Ip=18%, +dIp/dt=1.0MA/s, dIp/dt=1.4MA/s, f=40Hz28HT-7 IBW 电子加热部位靠外，几十电子加热部位靠外，几十毫秒后温度变化明显毫秒后温度变化明显shot#307233004005006007008009001000110012345rTe eV275ms305ms335ms365ms395ms425ms455ms重点基金项目结题报告锁模不稳定性研究锁模不稳定性研究29HT-7 IBW 加热电子在16cm内不能维持很长时间3078720030040050060070080090012

27、345reV250280310340400430重点基金项目结题报告进行在进行在HT-7HT-7托卡马克真空室内安装铁磁体材料以降低纵场纹波度，消除有辅托卡马克真空室内安装铁磁体材料以降低纵场纹波度，消除有辅助加热时（如离子回旋加热助加热时（如离子回旋加热ICRHICRH）纹波所造成快离子损失（）纹波所造成快离子损失（FAST ION LOSSFAST ION LOSS）的研究。的研究。快离子的纹波损失造成严重的局域壁热载荷。高能离子对壁的强烈轰击，产快离子的纹波损失造成严重的局域壁热载荷。高能离子对壁的强烈轰击，产生大量杂质，改变了壁与等离子体之间粒子的再循环，造成等离子体品质严生大量杂质，

28、改变了壁与等离子体之间粒子的再循环，造成等离子体品质严重衰败。杂质辐射将导致辅助加热效率下降，甚至造成等离子体破裂。重衰败。杂质辐射将导致辅助加热效率下降，甚至造成等离子体破裂。重点基金项目结题报告右图为右图为HT-7赤赤道面上纵场纹道面上纵场纹波度的计算波度的计算误差场的补偿及试验误差场的补偿及试验JFT-2M将铁磁材料值与纵场线圈与真空室之间，用磁探针观察纵场波纹度将铁磁材料值与纵场线圈与真空室之间，用磁探针观察纵场波纹度减少程度，并用离子灵敏探针及远红外减少程度，并用离子灵敏探针及远红外TV观察快离子损失减少的程度来考观察快离子损失减少的程度来考察这种材料带来的好处。察这种材料带来的好处

29、。所用铁磁材料为所用铁磁材料为 F82H（8%Cr-2%W-0.2%V-0.06%Ta-Fe其余）。其所用材其余）。其所用材料剩余磁感约料剩余磁感约200高斯（很小），矫顽力为高斯（很小），矫顽力为10几个奥斯特（很小），而饱和几个奥斯特（很小），而饱和磁感高达近磁感高达近20000高斯。其物理特性、机械、真空性能，赖腐蚀、不生锈性高斯。其物理特性、机械、真空性能，赖腐蚀、不生锈性能优于纯铁。其居里温度较高，在能优于纯铁。其居里温度较高，在673oK(400oC)时，饱和磁感大约时，饱和磁感大约1700高斯。高斯。在低碰撞条件下，由于波纹，逃逸粒子的扩散系数与在低碰撞条件下，由于波纹，逃逸粒子

30、的扩散系数与n9/4 n1.5(n纵场并数，即纵场并数，即纵场模数）成正比。纵场模数）成正比。重点基金项目结题报告误差场的补偿及试验误差场的补偿及试验重点基金项目结题报告实验结果实验结果厚度相同材料，具装置中心越远，基模厚度相同材料，具装置中心越远，基模 16越大，而二次模越大，而二次模 32越小。越小。厚度越大，厚度越大， 16 ， 32都相应减少，但与上述离中心距离比起来，减少不大。都相应减少，但与上述离中心距离比起来，减少不大。实验中未发现由此带来的对等离子体控制和约束的不良影响。而由纹波造成的快离实验中未发现由此带来的对等离子体控制和约束的不良影响。而由纹波造成的快离子损失降到几乎为零

31、。总逃逸粒子损失功率约减少子损失降到几乎为零。总逃逸粒子损失功率约减少50%。放置铁磁材料可能引起误差场。放置铁磁材料可能引起误差场。JFT-2M计算了极向模数为计算了极向模数为2，环向模数为，环向模数为1的径向误的径向误差场差场Br21，在最坏的情况下，在最坏的情况下， Br21 /BT约为约为1 10-5，比临界量小一个数量级。而且实验，比临界量小一个数量级。而且实验上也进行了测量，对锁模没有什么影响。上也进行了测量，对锁模没有什么影响。误差场的补偿及试验误差场的补偿及试验在在HT-7托卡马克上进行了用磁钢降低纵场波纹度的试验研究。托卡马克上进行了用磁钢降低纵场波纹度的试验研究。 在真空室

32、内正对着在真空室内正对着24柄纵场线圈安装了磁钢，它同时又是一种低活性材料。柄纵场线圈安装了磁钢，它同时又是一种低活性材料。每块磁钢尺寸每块磁钢尺寸 600 150 18 (mm)，半径，半径323mm，以赤道面为中心对称覆盖住纵场线圈的接头。，以赤道面为中心对称覆盖住纵场线圈的接头。每块相互隔离，单点与真空室相接，并用带加热丝的不锈钢板盖住作为第一壁。每块相互隔离，单点与真空室相接，并用带加热丝的不锈钢板盖住作为第一壁。误差场的补偿及试验误差场的补偿及试验重点基金项目结题报告34磁钢成分磁钢成分 (GYJ060:6.5%Cr+1.5%Si+0.2%Mn+Fe remainder)，可用作真空

33、材料。，可用作真空材料。200oC十六小时真空烘烤后出气率低于十六小时真空烘烤后出气率低于18.6310-6PaL/s。样品体积样品体积20 50 7cm3，极限真空达极限真空达1.2 10-5Pa出气率：出气率： Q=(Ps-Pc)*C=2.3L/s (1.2 10-5-3.9 10-6) Pa =18.63 10-6 Pa L/s磁钢的磁磁钢的磁性能：性能：剩磁剩磁 200 200 高斯，矫顽高斯，矫顽力几十奥斯力几十奥斯特，饱和磁特，饱和磁化强度接近化强度接近2000020000高斯，高斯，居里温度高。居里温度高。误差场的补偿及试验误差场的补偿及试验重点基金项目结题报告重点基金项目结题报

34、告项目研究综述项目研究综述利用磁钢降低纵场波纹度是一种有效的补偿、利用磁钢降低纵场波纹度是一种有效的补偿、消减误差场方法消减误差场方法901001101201301401501600246810V.V. wall limterlow field sideR cm (equatorial plane)ripple % without FS with FS纵场波纹度纵场波纹度 ldAveragefie2Min.field-Max.field根据估算，根据估算， B Bt t=2 =2 特斯特斯拉时限制器处的纹波从拉时限制器处的纹波从4%4%降到降到1.6%1.6%。 0.00.40.81.21.6

35、2.02.40.00.10.20.30.4mood locking disruption occured Oh w/FS LHW w/FS ICW w/FS LHW wo/FS ICW wo/FS Oh wo/FS LH+ICW wo/FS1/qaneR/BtHT-7 HT-7 锁模出现区域锁模出现区域的的HugillHugill图。图。与以前试验相比，安装磁钢后，无与以前试验相比，安装磁钢后，无MHDMHD活动的等离子体活动的等离子体参数运行区扩宽。锁模出现的可能性降低。相对应的实参数运行区扩宽。锁模出现的可能性降低。相对应的实验验( (w/FS and wow/FS and wo/FS)/

36、FS)观测到等离子体的击穿电压变低。观测到等离子体的击穿电压变低。最大可能的原因是静态误差场被降低。最大可能的原因是静态误差场被降低。360.81.01.21.41.61.82.02.22.42.60.51.01.52.02.53.03.54.04.5 2001-2002 w /FS 2000-2001 w o/FSZeffx1019cm-3with out FSwith FS安装磁钢后，从轫致辐射、安装磁钢后，从轫致辐射、 C-III 光谱线观测到辅助加热光谱线观测到辅助加热时杂质含量降低。时杂质含量降低。高功率的高功率的LHCD实验中正对实验中正对限制器硬限制器硬X射线辐射减弱。射线辐射减

37、弱。误差场的补偿及试验误差场的补偿及试验重点基金项目结题报告3747960479804800048120481404816010203040 before Li coating after Li coating after Li&Si coatingH/(H+D)%shot number020406080100120140405060708090 Oh w/FS LHW w/FS Oh wo/FS LHW wo/FSH/(H+D) %shot number after Boronization磁钢安装后，加料的氢保持和再循环没有改变，在壁磁钢安装后，加料的氢保持和再循环没有改变，在壁处

38、理（硼化、锂化、硅化）时也没变化。处理（硼化、锂化、硅化）时也没变化。氘等离子体放电时，硼化后的氢、氘比下降，这有助氘等离子体放电时，硼化后的氢、氘比下降，这有助于离子回旋加热（于离子回旋加热（ICRH）。）。误差场的补偿及试验误差场的补偿及试验重点基金项目结题报告380.00.10.20.30.40.50.60.70.80.90.00.51.01.52.02.5IBW 190KW ONTe KeV (SX)time swith FS- 2024681 01 21 41 61 82 02 22 42 62 802 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 0 3 3 0 5

39、 1 3 3 0 5 5 3 3 0 5 6Te (ev)r ( c m)0. 00. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 340. 360. 380. 400. 420. 440. 460. 480. 500. 52 33065 33066Te(keV)Ti me( s)600ms33055,33056450ms33051with out FS相对应的实验相对应的实验(w/FS and wo/FS)观测到等离子体的击穿电压变低。观测到等离子体的击穿电压变低。ECE测得在测得在ICW关断后温度衰减时间从关断后温度衰减时间从20ms增到增到55ms。达到了更高

40、。达到了更高的加热效率。的加热效率。误差场的补偿及试验误差场的补偿及试验重点基金项目结题报告重点基金项目结题报告项目研究综述项目研究综述获得了获得了20s 可重复的热等离子体放电可重复的热等离子体放电Ip=50kA, ne0=1.0 x1019m-3, BT=1.9T,PLHCD=135kW重点基金项目结题报告项目研究综述项目研究综述10s 高参数放电高参数放电长达长达1000倍的能量约束时间倍的能量约束时间41HT-7上高上高参数的长参数的长脉冲放电脉冲放电主要障碍主要障碍是是MHD锁锁模造成的模造成的等离子体等离子体电流破裂。电流破裂。误差场的补偿及试验误差场的补偿及试验重点基金项目结题报

41、告MHD 模式模式锁模的时间演化过程锁模的时间演化过程20022002年年1010月至今两轮实验结果的比较月至今两轮实验结果的比较重点基金项目结题报告项目研究综述项目研究综述面向等离子体的第一壁材料改用磁钢，第一壁位置处的磁场趋于面向等离子体的第一壁材料改用磁钢，第一壁位置处的磁场趋于均匀化，有效地降低静态误差场，避免了锁模不稳定性出现均匀化，有效地降低静态误差场，避免了锁模不稳定性出现HT-7上首次实现了上首次实现了50秒稳态等离子体放电秒稳态等离子体放电长脉冲低密度放电，长脉冲低密度放电，MHDMHD活性被有效地抑制活性被有效地抑制(MHD free)(MHD free)。是大大提高脉冲放

42、。是大大提高脉冲放电长度重要原因之一。高密度条件下的电长度重要原因之一。高密度条件下的MHDMHD行为正在试验研究之中。行为正在试验研究之中。43讨论托卡马克装置的固有误差场可以引起危害极大的锁模类大破裂，它可发托卡马克装置的固有误差场可以引起危害极大的锁模类大破裂，它可发生在低密度、低生在低密度、低q q、高密度极限的三条边界处，限制了等离子体稳定运、高密度极限的三条边界处，限制了等离子体稳定运行区。影响了实现高参数的各种先进运行模式以及长脉冲运行。行区。影响了实现高参数的各种先进运行模式以及长脉冲运行。国际上一些中、大型托卡马克装置，在扩大运行区和实现先进运行模式国际上一些中、大型托卡马克装置，在扩大运行区和实现先进运行模式方面已取得明显效果。他们主要通过外加补偿场的方法消除或补偿误差方面已取得明显效果。他们主要通过外加补偿场的方法消除或补偿误差场，或通过高功率的中性束注入（场，或通过高功率的中性束注入（NBINBI）增加等离子体的旋转剪切抑制）增加等离子体的旋转剪切抑制MHD