Transcript HL-2A - 核工业西南物理研究院

核工业西南物理研究院十一五
期间物理实验计划
(2006~2010)
1.HL-2A改建
2.HL-2A上主要的物理实验内容
HL-2A
The conceptual design for the
modification
of HL-2A tokamak
Presented by Liu Dequan
1. HL-2A改建
• 十一五期间我院必须完成HL-2A装置的改造与
升级。本项目完成后，HL-2A装置的纵向磁场
达2.8T，等离子体拉长比达1.7，等离子体电流
达800kA，等离子体存在时间4S, 等离子体线平
均密度达1.2×1020m-3 ，等离子体电子温度达
4keV，离子温度达5keV，等离子体二级加热总
功率达达10MW，具备先进的等离子体诊断以
及大型数据采集和处理能力和满足装置高参数
放电运行的供电能力。
HL-2A
Introduction of HL-2A tokamak
• axisymmetrical double-null
• two triplets of divertor coils located in the
vacuum vessel(VV).
• closed divertor structure.
• all poloidal field(PF) coils dispersedly set
in the space between the toroidal field (TF)
coils and VV.
• VV consist of two halves, its toroidal
resistance was provided by isolation plates.
• the VV is baked by super-hot water with
temperature of only 130 ℃ .
HL-2A
Status of HL-2A tokamak
•
Divertor coils and shield plates in vacuum vessel, the plasma has a nearly
circular cross-section.
It is difficult to obtain a triangular and elongated plasma shape.
•
Due to the defects on upper divertor coils’ electrical insulation,
HL-2A is operated in lower single null divertor configuration.
•
The experiment has to occasionally terminate due to incidental damages of
the weak parts.
•
HL-2A has achieved parameters of Ip = 410 kA, Bt = 2.70 T approach its
rated operational parameters with Ip=450kA and BT=2.8T .
It is difficult to increase the parameters greatly .
HL-2A
Objectives of modification
• higher plasma current
• plasma with larger elongation and triangularity and double null
• good accessibility and easy maintenance for the inner parts in VV.
• more efficient open divertor structure.
linear dimensions scale 1:2:4
Three
possible approaches for the modification
HL-2A
 scheme1 : reusing VV, simply moving or adjusting MP coils.
 scheme2 : reusing VV, all MP coils moved out from VV and
redesign all PF system.
 scheme3 : fabricating a new VV and redesign all PF system.
HL-2A
Scheme 1
Scheme 2
Scheme 2
HL-2A
The parameters after modification
unit present
After
modification
)
parameters
450
800
BT
T
2.8
2.8
R
m
1.65
1.65
a
m
0.4
0.38~0.40
Vs
Vs
5
5
Elongation( )
>1.6
Triangularity(
δ)
>0.3
Plasma volume(m
kA
3
Ip
After modification, IP = 800 kA. The plasma volume will be increased about 30%.
HL-2A
Future Conceptual design
The modification of HL-2A include following tasks:
• Manufacture a new VV
• Design new poloidal coil system
• Divertor and inner vacuum vessel components.
偏滤器可选的结构
2．2006年-2010年期间主要的
物理实验内容
• 在“十一五”末期，HL-2A装置运行参数达到
纵场2.8特斯拉、等离子体电流500千安，线平
均等离子体密度8×1019/m3 。结合HL-2A装置
的升级改造，力争“十一五”末期，HL-2A装
置具备10MW的二级加热能力，达到HL-2A装
置物理设计的指标。进一步完善HL-2A装置等
离子体位移反馈控制系统和壁处理系统，确保
HL-2A装置获取重复稳定的基准放电。结合国
际前沿和我院研究工作的实际，开展HL-2A装
置物理和工程实验、聚变关键技术、等离子体
物理与数值模拟、聚变堆设计以及聚变堆材料
和工艺等多方面的研究工作。
等离子体输运研究
• 掌握电子热输运的性质和控制方法，利用大功
率的二级加热获得内部输运垒，开展芯部湍流
及约束区的电子输运机制研究，在电子温度梯
度模湍流及其引起的反常输运研究中获得有创
新意义的成果。
• ① 电子热输运研究
• ② 输运垒的观察和研究
• ③ 芯部湍流及约束区的电子运输机制研究
磁流体不稳定性（MHD）研究
• 获得激发扭曲模和撕裂模不稳定性的条
件，实现对边缘和内部输运垒触发MHD
不稳定性的主动控制，利用电子回旋加
热和低杂波电流驱动协同控制内部扭曲
模，利用外部杂质主动注入控制等离子
体破裂不稳定性，主动控制高参数和高
约束运行状态下磁流体不稳定性，在HL2A或其改造后的装置上获得高性能的等
离子体。
磁流体不稳定性（MHD）研究主要内容
• ① 准稳态放电中扭曲模和撕裂模不稳定性研究
• ② 与边缘、内部输运垒相联系的MHD不稳定性研究
• ③ 电子回旋加热和低杂波电流驱动共同作用条件下
的动力学内部扭曲模研究
• ④ 与等离子体破裂相关的MHD不稳定性研究
• ⑤ 主动抑制高参数，高约束运行状态下磁流体不稳
定性的实验研究
边缘和偏滤器物理研究
测量出边缘等离子体温度和密度的剖面分布，以及空间电位、径
向电场、极向电场和雷诺胁强的径向变化，研究边缘参数的涨落
与相关特性，理解L-H模转换的机制。测量偏滤器靶板上的等离
子体温度、密度和热沉积分布，确定它们在靶板上的衰减长度与
中平面衰减长度的依赖关系。开展偏滤器物理的深入研究，掌握
偏滤器控制杂质和降低热通量流的关键技术。采用多种复合壁处
理技术，降低边缘等离子体和杂质的再循环，改善边缘等离子体
性能，在刮离层等离子体输运与偏滤器和壁相互作用研究中获得
有创新意义的研究成果。研究瞬态边缘局域模（ELM）在偏滤器
靶板上的功率沉积剖面分布，并与等离子体刮离区/偏滤器等离
子体数值模拟的结果进行比对。
等离子体加热和电流驱动实验
• 在电流上升段利用大功率低杂波电流驱
动（LHCD）建立反剪切位形，并通过大
功率的电子回旋共振加热（ECRH）和中
性束注入（NBI）加热来维持反剪切位型，
实现高约束模式。通过离轴ECCD，
LHCD 和 NBI 来产生和优化控制电流剖
面，研究高能电子和离子的约束特性，
探索先进托卡马克运行模式。
先进的加料方法和物理研究
• 改造或更新能连续注入数十发弹丸的系
统。研制气动式超声分子束注入器，提
高工作气压至6MPa，形成气体团簇，提
高气体加料效率；通过降低加料气体的
温度，使其形成气体团簇，或增加气体
温度来提高分子束注入速度。
杂质输运与杂质控制研究
• 在HL-2A装置上进行杂质研究最终要达
到的目的是：利用偏滤器位形下的杂质
输运软件，从机制上探索杂质的输运特
性、偏滤器位形对杂质的回流和抽取的
影响、偏滤器靶板的热负荷和热分流等
特性，将理论和实验结合起来，主动控
制杂质，最终实现改善等离子体的约束
性能，提高托卡马克放电品质。
高热负荷材料实验
• 在托卡马克装置高热负荷下开展材料实验，并
对表层材料的热负荷能力（热蚀、融化等）、
焊接界面的裂纹与脱离、表层材料与等离子体
相互作用进行同时研究，优选具有抗高热通量
密度的面壁材料。
高热负荷材料实验内容
• ①实验样品制备，研制最有可能成为未来聚变
堆应用的W涂层或W－Re合金板材作为PFMs。
②根据届时到达靶处的等离子体热通量情况，
研制水冷或无水冷的快速/常规移动靶（毫秒级
移动靶）。
• ③定量测量靶位置的等离子体参数及打到靶的
热通量仪器研制和在装置上的调试测量。
• ④具有时间空间分辨的靶附近区域粒子分布测
量，以便进行材料与等离子体相互作用机制研
究分析。
• 谢谢