EAST全超导托卡马克不同放电阶段逃逸电子产生机制研究-中国.PPT

EAST全超导托卡马克不同放电阶段逃逸电子产生机制研究 卢洪伟 胡立群 林士耀 中国科学院等离子体物理研究所 Email:luhw@ipp.ac.cn 摘要 电子发生逃逸在托卡马克等离子体中是较常见的现象，特别是在等离子体破裂阶段，会产生大量的逃逸电子。破裂产生的逃逸电子将对托卡马克装置的第一壁材料产生严重的损伤。 由CdTe半导体探测器和BGO闪烁体探测器组成的硬X射线诊断系统可以用来观测能量范围在0.3-7.0MeV，来自逃逸电子撞击EAST托卡马克第一壁材料产生的硬X射线轫致辐射。 结合ECE、中子等有关诊断手段，研究了EAST全超导托卡马克不同放电阶段下逃逸电子的产生机制。 摘要（续） 实验结果显示：在欧姆放电的起始阶段，逃逸电子的初级产生过程占主导地位。随着放电的进行，逃逸电子的次级雪崩过程逐渐增长，在放电后期一直到等离子体破裂阶段，雪崩过程将占据主导地位。等离子体破裂以后，由于存在较高的环电压，产生了高能逃逸电子尾巴。 逃逸电子研究的意义 逃逸电子损失到第一壁材料上，损伤材料的性能和寿命。 逃逸电子在slide-away放电条件下可以有效携带等离子体电流，有效改善等离子体约束 。 逃逸电流在破裂阶段可以减小电流下降率，减轻大破裂对装置产生的损害。 逃逸电子可以作为内部磁涨落的试探粒子，反映等离子体内部的磁场涨落。 寻求某种可能的实验方法，减轻逃逸电子对装置产生的损害；更加有效的利用逃逸电子的可用之处。 逃逸电子的理论基础 1.初级产生机制 综合考虑两种机制 EAST逃逸电子诊断系统介绍 逃逸电子诊断系统的数据采集 电流爬升段逃逸机制 电流平顶阶段的逃逸机制 电流衰减阶段的逃逸机制 HT-7@100kW低杂波下逃逸机制 总结 在欧姆放电的起始阶段，逃逸电子的初级产生过程占主导地位。 随着放电的进行，逃逸电子的次级雪崩过程逐渐增长，在放电后期一直到等离子体破裂阶段，雪崩过程将占据主导地位。 等离子体破裂以后，由于存在较高的环电压，正是由于环电压的加速效果才产生了高能逃逸电子 Thank you for your attention! * 中国物理年会秋季学术会议，2008 山东 济南 2.次级产生机制（电子雪崩过程） 逃逸阈值速度： 逃逸电子的产生速率： 等离子体放电过程中两种机制同时存在，只是在不同的放电条件下，以某一种机制为主，另外一种机制为辅；两种机制的共同作用下导致了逃逸电子的产生。 综合初级产生和次级产生的贡献，以及逃逸的损失，可得到逃逸电子的产生速率为： 为电子的约束时间。 为无逃逸损失时的雪崩时间常数 由此得到逃逸电子数目随时间的演化为： 其中 为逃逸电子的初始数目， 为有效雪崩时间常数。 图1.逃逸电子诊断系统示意图 探测器外面加铅屏蔽，前面带有准直孔；安装在装置外的赤道平面上，观测方向是切向，用于检测装置外的硬x射线辐射，诊断系统的示意图如图1.所示 HXR1:CdTe（正向） HXR2:CdTe（反向） HXR3:BGO（正向） 图2.系统的数据采集示意图 探测器的输出信号经过电荷灵敏放大器转换为电压信号后，再经过线性放大器放大、成形。线性放大器的模拟输出信号经模拟/数字转换器（ADC）转换为数字信号，然后存储到多道分析器（MCA）中，MCA中的数据经过网络传送到数据采集的PC 终端。这路信号可以提供硬x射线的能谱数据。 另外一个并行分支是线性放大器输出信号经过检波器传送到EAST的数据库中，该信号提供硬x射线辐射的通量信号。 电流爬升阶段 逃逸的阈值速度之比： 可以使用初级产生过程解释 电流的平顶阶段： 不能用初级产生机制解释，应该结合次级雪崩过程综合考虑； HXR2: 低能硬x射线 HXR3: 高能硬x射线 环电压、密度基本不变 逃逸阈值基本不变 高能减少、低能增加 电子雪崩过程占主要地位 （a）等离子体电流 （b）环电压 （c）密度 （d）硬x射线辐射 （e）电子回旋辐射 （f）伽马射线辐射 （g）LHW功率 环电压下降 逃逸阈值增大 初级 逃逸减少 LHCD 超热电子 次级雪崩 逃逸增加 结果：逃逸增加 雪崩过程占主要地位 不妥之处，敬请指教！