HL-2A 装置激光吹气系统研制.PDF

第 27 卷 第 3 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.27, No.3 2 0 0 7 年 9 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics Sep. 2007 文章编号：0254-6086(2007)03-0177-05 HL-2A 装置激光吹气系统研制 张 鹏，黄 渊，孙 平，傅炳忠，卢 杰，崔正英，丁玄同 (核工业西南物理研究院，成都 610041) 摘 要：HL-2A 装置激光吹气系统采用了全新自动控制的设计方法，实现了杂质注入量、靶片位移以及激光 器被触发的时刻的精确自动控制。运行结果表明，该系统能把杂质的注入量控制在适当的水平，既不对等离子体 约束产生影响，又便于光谱测量和杂质粒子输运研究。给出了激光吹气系统的设计，以及初步的实验结果。 关键词：激光吹气；托卡马克；杂质 中图分类号：O536 ；TL65+3 文献标识码：A 1 引言 HL-1M 上，激光吹气技术也被用在 Ohmic、L-mode 在托卡马克实验中，杂质是影响等离子体放电 放电中研究杂质输运[4, 5] ，并取得了初步成效。受 的重要因素之一。装置器壁材料以物理溅射、化学 测量设备条件限制，杂质被注入时杂质的脉冲宽度 剥蚀等多种方式进入等离子体，形成杂质。杂质积 不能测量，只能由诊断技术得到杂质在等离子体中 累稀释主等离子体并使辐射增强，导致能量约束变 被约束时间，技术有待改进。激光吹气技术主要使 坏，因此杂质是聚变等离子体研究中的一个基本课 用的杂质为 Al 、Fe 、Li 、C。 题。主动从外部注入少量脉冲式杂质源是研究杂质 HL-2A 装置激光吹气系统建立在原有激光散 输运的有效方法。只要使杂质源的脉冲宽度小于输 射系统上，采用全自动控制移动聚焦透镜，电脑模 运时间，就可以研究等离子体中杂质输运过程和杂 拟靶片，使激光光束能打在不同的靶点上。HL-2A 质行为。如果注入比较大量的重金属杂质，还可以 装置激光吹气系统采用外部控制聚焦点来控制斑 用于缓解等离子体大破裂，从而避免损害主机系 点的位置，使系统调节更加方便。 统。激光吹气技术(LBO)正是提供这种脉冲式杂质 源的有效工具。激光吹气注入的中性原子成分还可 2 原理 以用来推断等离子体边缘低密度区的电子密度和 2.1 激光吹气的基本原理 温度。 高功率钕玻璃激光器产生的激光束汇聚到金 激光吹气技术能够精确地控制杂质源的注入 属靶膜上，加热、蒸发、汽化靶膜并形成快脉冲中 时间和注入量，打破了传统杂质输运研究中的等待 性原子束、原子团。这些原子一般具有几 eV 的能 式测量方法，解决了被动等待式测量方法杂质源随 量，沿着真空管道向等离子体运动，在大约 1ms 的 机变化的问题，并已经成功地应用在 JET 、Tore 时间内到达等离子体的边界。这些原子通过与等离 Supra、TVC、HL-1M 等托卡马克装置上。在 JET 子体中的带电粒子(主要是电子)碰撞被电离，离子