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CT-6和CT-6B装置始末10 精选

已有 705 次阅读 2017-12-3 19:08 |个人分类:科技漫谈|系统分类:科研笔记|关键词:物理实验

CT-6和CT-6B装置始末10


1984是个很重要的年份。在此前,国内的同行中,五八五所只有两个很小的托卡马克。合肥方面虽然在1978年正式成立了研究所,但是他们的HT-6B装置运行参数不如我们的装置。可是到了1984年,我们独大的局面有所改变,五八五所的HL-1托卡马克,他们叫环流器,运行了,是当时国内最大的实验装置。合肥则建造了一个HT-6M装置,也比我们的装置大。在这种情况下,我们只能加强物理实验工作,才能在国内有一席之地。当时进行和完成的实验工作有这样一些:

1,反馈稳定区理论和实验:我们的装置具有加热场和垂直场两种反馈手段,由等离子体电流和水平位置两变量控制,有四个控制参数,自然有一个反馈稳定性问题。这个工作主要是郑少白和沈仲卿完成的。郑少白走后,我帮助沈仲卿进行了一些理论推导和计算。实验和理论比较的结果,发现实际稳定区较理论预言的小得多,可能是密度、等离子体内感等参数的变化未考虑之故,也许是线性模型的局限性造成的。这工作发表在《物理学报》。

2,击穿的实验和数值模拟:实验主要是一位硕士研究生杨士才做的,就是改变外加水平磁场和垂直磁场,测量击穿电压,绘制在水平磁场-垂直磁场平面上的击穿电压等值线。这些等值线构成一系列套在一起的椭圆。椭圆中心就是击穿电压最低,也就是最容易击穿的所谓零场区域。在这个区域,外加磁场补偿了杂散磁场,所以从其数值可以知道轴对称的杂散场数值。当然还有非轴对称的杂散场,用轴对称的外加场无法补偿。这一椭圆中心区域的等值线走向就比较无规,说明非对称的杂散场在起作用。至于这些曲线为什么是椭圆而不是圆,说明击穿对水平场较垂直场要求更严格。其原因是,垂直杂散场和环向场构成上下倾斜的磁力线,而电子由于磁场漂移,也偏离磁力线而上下移动,可能与磁力线的倾斜抵消有利于击穿。我们的测量证实了这一机构。

这工作完成后写文章投《物理学报》,未被接受,嫌太简单。于是我补充了一个模拟计算,算磁场中的击穿问题。结论是汤生模型仍然成立,但是要增加一个2的系数,来源于磁场的约束。加上这个计算结果后,在《物理学报》发表了。

3,慢压缩实验:即压缩时间比能量约束时间长、不满足绝热条件的环向场压缩加热,主要是韩共和等人完成的。观察到压缩后软X射线信号,特别是中心两道信号显著增加,标志温度、密度都有所增加,软X射线信号和辐射探测器信号均出现锯齿振荡。这些实验结果在1985年一次会议上作过报告,但是以后没做进一步的实验。

4,空间分辨硬X射线测量:托卡马克中经常发生逃逸放电,此时少数快电子被电场加速,沿磁场运动越来越快,甚至达到兆电子伏特的量级,打击到真空室壁发出很强的硬X射线,不但对很多仪器产生干扰,也不利于人体健康。说我们的装置有放射性,就是由此而来。这些快电子在等离子体内部当然也和离子碰撞发出X射线。但是这些射线很弱,淹没在与壁相撞产生的强X射线之中,很难测量到,只在少数波加热装置上作过。

这种测量有个要求,就是接收器对等离子体准直时必须避开器壁产生的X射线,也就是说,接收器所测量的等离子体后方的器壁不能有逃逸电子与之碰撞。在我们的真空室结构中,在长形测量窗口的对过的器壁正好向外凸出,沿磁力线运动的快电子无法打击到此处,所以有条件避开从器壁产生的X射线,只测量发自等离子体内部的射线。

我们用四只光电倍增管,用铅很仔细屏蔽准直,在垂直方向排列,对准等离子体环不同小半径位置进行测量。这是很容易的事,问题是对接收信号的能谱测量。这需要一种多道脉冲幅度分析仪。这种仪器在现在只是一块插件,但是在当时是极其珍贵的进口仪器。我们所里有,但人家不肯借。无奈,只好向乐山的五八五所求助。好在人家真是鼎力相助,借给了我们仪器。我们乘飞机将其取回,作了实验,得到了可信的结果,发表在英文的《中国物理快报》上。

我们从这一硬X射线能谱的空间分布测量结果得到了一个推论,就是逃逸电子很可能起源于安全因子等于1的共振面,当不稳定性发生,磁力线重联时发生的粒子加速是逃逸电子产生的原始动力。这个推论至今还没有见到类似论述,可惜我们的文章发在国内,学术界没人注意。

5,从锯齿振荡计算电子热导:在我们的装置上很容易观察到软X射线信号的锯齿振荡,从而可以决定安全因子q=1的磁面,即小半径,也可以采用一些模型计算电子热导系数。来自科技大学的代培研究生李唯强首先计算过电子热导,后来杨宣宗、戚霞枝等继续进行,并在理论模型和实验方法上有一些发展,也发表了一些文章。

6,阿尔文波实验:这一工作主要由研究生张大鸣完成,我的指导并不多。阿尔文波是一种磁流体波,当入射等离子体时,是以一种剪切阿尔文波模式传播的,传到共振层时转换为动理阿尔文波加热等离子体。张大鸣设计、加工了高频电源和天线,用一个装在石英管理的小线圈伸进等离子体测量波的场,观察到波的转换过程。这个工作送到欧洲等离子体和聚变会议上发表,没有写期刊论文。

这一时期,我们还开始设计、加工了4号真空室。当时使用的3号真空室有两项缺点。一是陶瓷环密封处常常漏气,二是诊断窗口太少。新的真空室的基本结构不变,但环向绝缘处改用氟橡胶圈密封,也增加了不少窗口,包括异型窗口。这一真空室还有一特点,就是对接法兰开在虾腰段衔接处,而不是在一段中间截断安装法兰,从而使焊缝减少。可是这样一来,法兰连接处的截面就不是圆而是椭圆,在设计和加工上都引起麻烦。我们所工厂的工程师陈国幼提出一种新的加工方法解决了这个难题。在工厂加工时,此工件主要由钳工朱大江负责。


下图为19751215《天津日报》登载的照片,右一人是我,左一人是郑少白。当时这类照片由新华社统发,各地报纸可以选择性登载。






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