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CT-6和CT-6B装置始末12

已有 248 次阅读 2017-12-5 11:10 |个人分类:科技漫谈|系统分类:科研笔记|关键词:交流运行 交流调制

CT-6和CT-6B装置始末12


第二项重点研究项目是放电电流的交流运行和交流调制。这两项工作在技术上都是杨宣宗主持的。

现在的托卡马克都是脉冲运行的。所谓交流运行就是在一个电流正脉冲结束后,紧接着一个负脉冲,像交流电的模式一样。这一运行方式介于脉冲运行和连续运行之间,能否用于将来的聚变堆尚不可知。

最早的交流运行是在加拿大一个小型装置STOM上进行的,后来欧洲大型装置JET也进行了类似实验。但是在JET上,正负电流脉冲交接处并非连续,而隔了几个毫秒,就是说,是在一个电流脉冲结束后再启动另一脉冲。

我们的工作发表于1996年的Nuclear Fusion杂志,也是我们的工作首次在这一杂志上发表。其中包括2周期、4周期和8周期波形,而且是真正连续衔接的。在电流过零时远红外激光干涉仪所显示的等离子体密度是有限值证明了这一点。为此我们还提出一个唯象模型,就是按照早期发现的等离子体电流和密度的正比关系加上一个延迟项,就是密度落后电流一个时间,用以解释这个实验结果。这个延迟时间相当于粒子约束时间。

这个结果当然是有趣的,问题是电流过零是究竟有没有磁面结构。为此,我们又进行了进一步工作,就是用内部磁探圈测量磁场结构。这是件很困难的事,因为一则在高温等离子体内探圈易被烧毁,二则探圈干扰放电。我们降低了放电参数,电流只有几千安培。探圈做得很小,封在石英管内。因为磁场位形是非对称的,必须在内外侧同时测量,所以设计了一个传动机构,能在真空室外调节两探圈位置,靠重复放电测量磁场沿内外侧小半径的分布。

这测量工作主要是一位研究生黄建国做的。测量结果出来以后,再采用一个模型重构磁面。计算结果表明,在电路过零时确实存在磁面,这时同时存在两个方向相反的电流。这个结果当然也是很有趣的,发表在Nuclear Fusion上。

后来合肥的人在HT-7上也进行了交流运行实验。但是在他们的实验中,相继两电流脉冲仍然不能衔接。也许在大型装置上都是如此。

中国科技大学一位老师带学生进行了交流运行的数值模拟工作,发表了学位论文。结果和我们的实验结果是一致的。

从交流运行电流过零点时的平衡位形来看,类似一种新发现的“电流洞”位形,所以对其研究还是很有意义的。

再说交流调制。放电电流交流调制就是在一个直流电流脉冲上叠加一个小的交流分量,频率一般几百赫兹。因为导电等离子体的趋肤效应,这交流分量只能渗透到等离子体的表面。原来曾有人用这种方法计算等离子体小截面,后来很少有人做这种实验。

我们做的目的,第一是想通过交流分量产生的加热从外向内传播过程研究热输运,第二想印证一种新的电流渗透机制。

这种新机制是我提出的。道理是这样:环向电场可以分解为平行磁场和垂直磁场两分量。平行磁场分量是正常趋肤的,和没有磁场一样;而垂直磁场分量是以磁声波形式向内传播,较正常趋肤快得多。这电场在径向向内传播一段距离后,由于存在磁剪切,又重新分解为两分量。这样造成的总效果会产生电场的反常渗透或反常扩散。

一位研究生张鹏云作了实验并进行了一些数值计算,也发表了文章,但是由于托卡马克的磁场主要在环向,这种效应不很明显。也许在球形托卡马克上更显著一些,但是没有后继研究。




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