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人工智能在等离子体辅助能源转化的应用
1
作者 邵涛 曾鑫 +12 位作者 张帅 章程 张远涛 艾飞 李文凯 赵正 刘大伟 白瑞航 卢新培 仲林林 王逸凡 任和 吕建骅 《高电压技术》 北大核心 2025年第8期4313-4332,共20页
等离子体能源转化是实现可再生能源制备化学品的重要途径,是减少化石燃料消耗从而实现净零碳排放的重要手段。然而,等离子体能源转化目前面临可调控参数优化困难、参量获取复杂和反应机理不明的问题,需要建立新方法实现实验、诊断和仿真... 等离子体能源转化是实现可再生能源制备化学品的重要途径,是减少化石燃料消耗从而实现净零碳排放的重要手段。然而,等离子体能源转化目前面临可调控参数优化困难、参量获取复杂和反应机理不明的问题,需要建立新方法实现实验、诊断和仿真3方面对等离子体能源转化的全面分析。随着人工智能在近年来的快速发展,人工神经网络方法在等离子体能源转化上的研究逐渐受到重视。人工智能方法从数据驱动和物理驱动2个方面协助对等离子体能源转化中操作参数优化、等离子体参数获取和机理分析。为此从转化特性预测与操作参数优化、诊断与等离子体参数获取、仿真与机理分析和新范式4个方面介绍人工智能方法在等离子体能源转化中的应用。目前的研究表明在等离子体的多尺度复杂系统建模方面展现出了强大的潜力,有助于求解高度非线性、多物理场交互的复杂动力学过程。这为等离子体能源转化技术向更智能、更高效和更可持续的方向发展提供新方法。 展开更多
关键词 等离子体 人工智能 能源转化 神经网络 大语言模型 可再生能源
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托卡马克圆截面等离子体磁流体平衡、稳定性与运行比压极限
2
作者 沈勇 董家齐 +6 位作者 石中兵 何宏达 赵开君 彭晓东 曲洪鹏 李佳 孙爱萍 《物理学报》 北大核心 2025年第13期277-287,共11页
圆形截面等离子体是最基本的托卡马克等离子体形态,是磁约束聚变实验研究的基础位形.本文基于HL-2A装置限制器位形放电实验,研究了托卡马克圆形截面等离子磁流体动力学(MHD)平衡和MHD不稳定性.研究表明,当q_(0)=0.95时,m/n=1/1内扭曲模... 圆形截面等离子体是最基本的托卡马克等离子体形态,是磁约束聚变实验研究的基础位形.本文基于HL-2A装置限制器位形放电实验,研究了托卡马克圆形截面等离子磁流体动力学(MHD)平衡和MHD不稳定性.研究表明,当q_(0)=0.95时,m/n=1/1内扭曲模总是不稳定的.轴安全因子q_(0)和边缘安全因子q_(a)的组合决定了等离子体的平衡位形,也影响着平衡的MHD稳定性,但其不稳定性增长率与比压(β)的大小相关联.在q_(a)>2和q_(0)稍大于1的条件下,可以容易实现内扭曲模和表面扭曲模的稳定.但当q_(0)超过1较多时,等离子体又变得不稳定,且等离子体(扭曲)不稳定性强度随q_(0)的继续增高而增强.随着极向比压(β_(p))的增加,MHD不稳定性会增强,MHD平衡位形横向拉长,Shafranov位移增加,这反过来又有抑制不稳定性的作用.计算发现,HL-2A圆形截面等离子体的运行比压极限约为β_(N)^(c)≌2.0.较高的q_(0)不利于MHD稳定性,引起比压极限降低.当q_(0)=1.3时,得到最大β_(N)≈1.8.最后,基于现有的圆形横截面等离子体,讨论了影响运行β的一些关键因素以及可期实现的高比压和理想比压极限之间的关系问题. 展开更多
关键词 圆截面等离子体 磁流体平衡 磁流体稳定性 扭曲模 比压极限
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基于多诊断参数分析的一维内爆热斑离子温度时空分布计算方法
3
作者 唐琦 刘品阳 +3 位作者 宋仔峰 陈伯伦 刘中杰 杨家敏 《物理学报》 北大核心 2025年第10期178-190,共13页
惯性约束聚变中,热斑离子温度是决定聚变增益的关键参数,热斑离子温度时空分布能够揭示热斑能量的沉积与耗散过程,针对此物理研究需求,提出了一种基于多诊断参数分析的一维内爆热斑离子温度时空分布计算方法.本文以冲击压缩内爆为例,分... 惯性约束聚变中,热斑离子温度是决定聚变增益的关键参数,热斑离子温度时空分布能够揭示热斑能量的沉积与耗散过程,针对此物理研究需求,提出了一种基于多诊断参数分析的一维内爆热斑离子温度时空分布计算方法.本文以冲击压缩内爆为例,分析了离子温度时空分布的特性,建立了离子温度时空分布数学模型.利用计算算例作为模拟实验给出了离子温度相关的多个关键诊断量,以此作为离子温度时空分布求解的约束.通过遗传算法计算出了模型中的待定参数,计算参数给出的离子温度时空分布与模拟实验基本相符,验证了本方法的有效性.本方法可以应用于近一维内爆实验热斑离子温度时空分布的计算,为更深入地了解内爆热斑的形成与演化过程提供了实验观测手段. 展开更多
关键词 惯性约束聚变 离子温度时空分布 中子诊断 多参数分析
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等离子体中激光能量沉积系数、电子热传导系数和电阻率的统一推导
4
作者 朱少平 《物理学报》 北大核心 2025年第12期229-235,共7页
激光能量沉积系数、电子热传导系数和电阻率是等离子体物理中的三个重要物理量,也是激光聚变非平衡辐射流体物理模型中的关键参数.对于一个多离子组元的等离子体系统,仅仅考虑电子与离子的碰撞相互作用,本文基于Fokker-Planck近似下的... 激光能量沉积系数、电子热传导系数和电阻率是等离子体物理中的三个重要物理量,也是激光聚变非平衡辐射流体物理模型中的关键参数.对于一个多离子组元的等离子体系统,仅仅考虑电子与离子的碰撞相互作用,本文基于Fokker-Planck近似下的动理学方程,采用快慢时标方法,给出了等离子体中激光能量沉积系数、电子热传导系数和电阻率的统一推导. 展开更多
关键词 激光能量沉积系数 电子热传导系数 电阻率 统一推导
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双频磁化容性耦合氩/甲烷等离子体放电特性
5
作者 殷桂琴 张蕾蕾 脱升 《物理学报》 北大核心 2025年第14期240-247,共8页
近年来,双频容性耦合等离子体放电技术在先进材料加工领域展现出显著优势.本文通过一维粒子模拟/蒙特卡罗碰撞(PIC/MCC)模拟方法,引入外加磁场,研究了在双频(20/100 MHz)双极容性耦合等离子体放电中,低频频率对双频容性耦合氩/甲烷等离... 近年来,双频容性耦合等离子体放电技术在先进材料加工领域展现出显著优势.本文通过一维粒子模拟/蒙特卡罗碰撞(PIC/MCC)模拟方法,引入外加磁场,研究了在双频(20/100 MHz)双极容性耦合等离子体放电中,低频频率对双频容性耦合氩/甲烷等离子体放电特性的影响.模拟结果表明,在高频频率为低频频率的整数倍时,高频与低频叠加显著,鞘层振荡更明显.随着低频频率的增大,电子密度、电荷密度、高能电子密度以及电子加热率都随之增大,其中电子密度随低频频率增大达14%.鞘层附近的电子温度随低频频率的增大出现下降趋势,大约下降12%.电子能量概率分布(EEPF)表现为双麦克斯韦分布,且当低频频率增大时,低能电子和高能电子的布居数都增多,同时讨论了低频频率的增大对各种离子的密度的影响,以及到达极板处的CH_(4)^(+),CH_(3)^(+)粒子的角度与能量的变化分布. 展开更多
关键词 容性耦合等离子体放电 Ar/CH4等离子体 粒子模拟/蒙特卡罗碰撞
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大气压填充式反应器等离子体解离二氧化碳反应机理数值模拟 被引量：2
6
作者 彭毅 汪纯婧 +6 位作者 李晶 高凯悦 徐汉城 陈传杰 钱沐杨 董冰岩 王德真 《物理学报》 北大核心 2025年第2期184-197,共14页
本文基于PASSKEy(PArallel streamer solver with KinEtics)构建了一个多层介质球的二氧化碳填充式介质阻挡放电二维模型,并对此模型的流注传播演化动态过程进行了深入系统的仿真研究.研究指出第1层和第2层介质球的内侧不是二氧化碳解... 本文基于PASSKEy(PArallel streamer solver with KinEtics)构建了一个多层介质球的二氧化碳填充式介质阻挡放电二维模型,并对此模型的流注传播演化动态过程进行了深入系统的仿真研究.研究指出第1层和第2层介质球的内侧不是二氧化碳解离等反应发生的主要区域,主要区域为流注传播路径以及第1层介质球的外侧.同时,本文还对此模型的电子密度与电场的演化进行深入解析,并给出了相应的物理机理和对应特征点的局部电场演化.此外,还分别研究了空间电荷和表面电荷的时空演化,指出整体上空间中的负电荷随着流注的形成和传播,不断收缩于流注内部和介质表面,而正电荷主导放电空间的电荷分布.并且通过展开特定介质球的表面,给出了具体的分布角度范围和演变趋势.最后研究了一氧化碳粒子和二氧化碳离子和氧气离子的时空演化机理,并且对放电空间中所有的电子和二氧化碳离子的空间能量沉积进行积分,数据表明在此模型中的总能量沉积值约为1.428 mJ/m,二氧化碳离子的沉积能量约为0.1251 mJ/m,占比达8.8%. 展开更多
关键词 大气压填充式反应器 二氧化碳解离 等离子体数值模拟 反应机理
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液相冲击波破岩等离子体通道生长发展机理及敏感性探索 被引量：1
7
作者 祝效华 唐无忌 +1 位作者 刘伟吉 罗云旭 《天然气工业》 北大核心 2025年第1期14-24,共11页
地球深层、超深层油气资源丰富,但深部地层具有岩性致密、硬度高、研磨性强等特点,采用传统旋转钻井方式成本高、效率低,亟需探索针对深层、超深层硬地层的新型破岩技术。液相放电冲击波破岩技术因其高效、绿色、能量可控等特点受到广... 地球深层、超深层油气资源丰富,但深部地层具有岩性致密、硬度高、研磨性强等特点,采用传统旋转钻井方式成本高、效率低,亟需探索针对深层、超深层硬地层的新型破岩技术。液相放电冲击波破岩技术因其高效、绿色、能量可控等特点受到广泛关注,为研究液相放电等离子体通道生长发展机理与液相放电等离子体通道的参数敏感性,基于电流场、传热场以及带电粒子碰撞扩散方程建立了二维液相的“针—针对排型”放电模型,分析了不同放电参数(加载电压、电极尖端形状、电极间距、电极夹角等)下等离子体通道内能量密度及局部电场强度等参数变化规律。研究结果表明:(1)加载电压、电极尖端形状以及电极间距是等离子体通道内能量密度大小的主要影响因素,其最佳放电电压为140~180 kV;(2)椭圆形放电电极形成的等离子体放电通道具有“区域宽、数值高”等特征,具备高电能密度的同时,减小了对电极头的损伤,可作为优选电极类型;(3)电极间距应在满足最小击穿场强的前提下,尽可能增大电极间距;(4)电极夹角对液相放电过程产生的直接影响微乎其微,但电极夹角的改变会影响等离子体通道在水中的形成位置。结论认为,该研究结果为液电破岩装置的研制和参数优化提供了重要参考,为未来液相冲击波技术在油气工程领域的探索与应用提供了理论支撑。 展开更多
关键词 液相放电 等离子体通道 液相冲击波 能量密度 局部电场 电击穿 参数敏感性分析
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尘埃等离子体金属直棘轮中尘埃颗粒的整流 被引量：1
8
作者 张顺欣 王硕 +3 位作者 刘雪 王新占 刘富成 贺亚峰 《物理学报》 北大核心 2025年第7期235-242,共8页
利用费曼棘轮原理可以实现将非平衡环境中粒子的随机运动整流成定向运动.本文通过设计尘埃等离子体金属直棘轮实验装置,构建沿棘轮通道分布的不对称等离子体环境,实现了对微米级尘埃颗粒的可控性整流.单分散尘埃颗粒在棘轮通道中能够形... 利用费曼棘轮原理可以实现将非平衡环境中粒子的随机运动整流成定向运动.本文通过设计尘埃等离子体金属直棘轮实验装置,构建沿棘轮通道分布的不对称等离子体环境,实现了对微米级尘埃颗粒的可控性整流.单分散尘埃颗粒在棘轮通道中能够形成定向输运,其输运方向可通过调节放电功率与气压来精确调控.通过对不同尺寸的尘埃颗粒输运研究发现,这种整流效应具有普适性.为了揭示尘埃颗粒的整流机制,利用等离子体流体模型计算得到了棘轮通道中等离子体参量的二维分布,进一步通过Langevin模拟研究发现,尘埃颗粒在棘轮通道中不同的悬浮高度上受到的棘轮势的不对称取向不同,使得其输运方向不同.本文研究结果为进一步实现尘埃等离子体金属直棘轮中双分散颗粒分离奠定了理论与实验基础. 展开更多
关键词 尘埃等离子体 棘轮 整流
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气体放电与等离子体在芯片制造领域中的应用
9
作者 付洋洋 王新新 +11 位作者 邹晓兵 韩星 陈佳毅 张东荷雨 陈健东 林楚彬 杨栋 贾鸿宇 王倩 郑博聪 赵凯 肖舒 《高电压技术》 北大核心 2025年第8期4458-4477,共20页
放电等离子体广泛应用于半导体芯片制造,包括光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入、等离子体清洗等,其技术总成占据集成电路产业份额1/3以上,已发展成为芯片制造工艺与装备领域的关键核心技术。该文对气体放电与等离子体在芯片制造领域的典... 放电等离子体广泛应用于半导体芯片制造,包括光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入、等离子体清洗等,其技术总成占据集成电路产业份额1/3以上,已发展成为芯片制造工艺与装备领域的关键核心技术。该文对气体放电与等离子体在芯片制造领域的典型应用进行了概述。首先,针对光刻光源系统,介绍了气体放电泵浦准分子激光、激光产生等离子体辐射极紫外光的基本原理,其本质都是利用等离子体产生的光辐射;其次,针对刻蚀用射频等离子体,介绍了低气压射频放电的产生、特性、调控及相关工艺技术;再次,对薄膜工艺、离子注入装备原理及相关放电等离子体技术原理进行了介绍与讨论;随后,在量测与检测方面,分别介绍了光学检测与电子束检测的特点,阐述了激光维持等离子体实现宽谱强辐射光源的基本原理与特性;最后,介绍了基于辉光放电的等离子体清洗技术,以及其在去除刻蚀残留物中的应用。通过总结梳理气体放电与等离子体在半导体制造领域中的应用及相关核心技术,明晰放电等离子体科学基础研究方向,助力解决半导体装备国产化过程中的等离子体技术瓶颈。 展开更多
关键词 气体放电 等离子体 芯片制造 气体激光 等离子体辐射 射频放电 等离子体刻蚀 激光维持等离子体 辉光放电清洗
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从气体开关电弧到脉冲放电等离子体的发展
10
作者 李兴文 汪冠宇 +4 位作者 吴坚 石桓通 张博雅 陈立 邱爱慈 《高电压技术》 北大核心 2025年第8期3826-3845,共20页
气体放电等离子体作为电气装备与高能量密度物理的科学基础,在构建清洁能源体系与推动前沿技术发展中具有重要研究价值。针对气体开关电弧与脉冲放电等离子体在科学内涵与技术路径上的继承性与拓展性,重点综述了两者在基础理论方面的突... 气体放电等离子体作为电气装备与高能量密度物理的科学基础,在构建清洁能源体系与推动前沿技术发展中具有重要研究价值。针对气体开关电弧与脉冲放电等离子体在科学内涵与技术路径上的继承性与拓展性,重点综述了两者在基础理论方面的突破及其前沿应用进展。一方面,针对全球范围SF_(6)替代的迫切需求,以C_(4)F_(7)N等为代表的新型环保气体介质研究已取得了显著进展;另一方面,结合开关电弧高能流密度和快速瞬态放电的特点,电弧等离子体的研究已进一步拓展至脉冲放电领域,并在一些新兴交叉学科中取得了重要突破。其中如用于核工业与页岩油检测的LIBS技术、基于水中脉冲放电的电能-冲击波转化理论、诊断瞬态过程的X射线闪光照相方法等,均已在工业领域取得初步应用。未来发展则仍有待深入聚焦电弧特性智能调控、多场多介质联合模拟以及极端条件瞬态诊断等,进一步推动高端电气装备和先进能源等领域的发展。 展开更多
关键词 气体开关电弧 脉冲等离子体 LIBS 金属丝电爆炸 X射线闪光照相 Z箍缩
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高功率TM_(01)在线选模耦合装置设计
11
作者 张立刚 谭维兵 +2 位作者 李小泽 朱晓欣 胡祥刚 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第1期147-154,共8页
针对传统高功率微波在线测量装置寄生模式抑制度低、测量精度易受到寄生模式干扰的问题,提出了一种高功率TM_(01)模式选模耦合装置。由于相对论返波管阴极发射角向不均匀性会产生非对称模式,而传统的单臂多孔圆波导耦合器无法解决其他... 针对传统高功率微波在线测量装置寄生模式抑制度低、测量精度易受到寄生模式干扰的问题,提出了一种高功率TM_(01)模式选模耦合装置。由于相对论返波管阴极发射角向不均匀性会产生非对称模式,而传统的单臂多孔圆波导耦合器无法解决其他非对称模寄生耦合干扰的问题,往往导致检测波形畸变、耦合度判断偏差,严重影响对返波管TM_(01)模输出功率在线评估的准确性。为此,将四臂多孔耦合结构与基于魔T的TM_(01)选模网络相结合,提出了一种新颖的在线选模耦合装置,利用不同波导模式场结构区别实现了TM_(01)模式与其他寄生模式的差异化耦合,解决了因寄生模式干扰引起的在线测试功率不准的问题。仿真结果表明,提出的新型耦合器对TM_(01)模耦合强度相对于其他模式高出20 dB以上,高功率实验中测得在线测试波形及功率与辐射场测试波形及功率符合较好,耦合稳定性得到明显提高。 展开更多
关键词 高功率微波 微波测量 TM_(01)模选模圆波导耦合器 魔T
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HL-2A托卡马克边界湍流涡旋结构的测量及其统计参数特征
12
作者 聂林 许敏 +5 位作者 柯锐 龙婷 吴婷 王占辉 黄治辉 HL-2A实验团队 《核聚变与等离子体物理》 北大核心 2025年第3期342-348,共7页
基于结构动力学理论和条件平均方法,采用3×4阵列探针系统对HL-2A装置边缘等离子体中的涡旋结构开展了系统性实验研究。首先通过探针信号相关性分析验证了该阵列对等离子体涡旋特征尺度的测量可行性,并采用全悬浮电位测量电路,成功... 基于结构动力学理论和条件平均方法,采用3×4阵列探针系统对HL-2A装置边缘等离子体中的涡旋结构开展了系统性实验研究。首先通过探针信号相关性分析验证了该阵列对等离子体涡旋特征尺度的测量可行性,并采用全悬浮电位测量电路,成功实现了边缘等离子体中正/负极性涡旋旋转速度场的测量,其结果表现出良好的自洽性。实验进一步结合双探针诊断技术,获得了涡旋中心区域的温度、密度及速度分布特性。结果表明,正负涡旋结构中密度与温度扰动、径向速度与极向速度之间均存在显著耦合效应。这一发现为理解涡旋结构在等离子体输运过程中的作用机制提供了重要实验依据,提示涡旋结构可能对边缘等离子体的粒子、能量及动量输运具有重要贡献。 展开更多
关键词 湍流 涡旋结构 输运 条件平均
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中国环流三号等离子体控制和运行的进展
13
作者 李波 张均钊 +10 位作者 陈逸航 刘攀乐 孙江 杨宗谕 李达 陈翔 马瑞 朱晓博 夏凡 周建 HL-实验团队 《核聚变与等离子体物理》 北大核心 2025年第2期125-134,共10页
中国环流三号自2020年建成投入运行以来,已经取得多项重要科研进展,其等离子体控制和运行水平已经得到明显提升。重点介绍了中国环流三号近年在等离子体控制和运行方面取得的进展。随着运行经验的积累,中国环流三号已经通过纯欧姆感应... 中国环流三号自2020年建成投入运行以来,已经取得多项重要科研进展,其等离子体控制和运行水平已经得到明显提升。重点介绍了中国环流三号近年在等离子体控制和运行方面取得的进展。随着运行经验的积累,中国环流三号已经通过纯欧姆感应驱动将等离子体电流从2020年首次放电的~0.1 MA提升至1.5 MA以上,成功实现了由圆截面孔栏位形向大形变单零位形,以及雪花、鼎型等多种先进偏滤器位形的过渡。研发了大电流软着陆、破裂预测、破裂缓解等专用控制算法,有效减少了等离子体大破裂次数,从而保障了装置的安全高效稳定运行。 展开更多
关键词 中国环流三号 等离子体控制 偏滤器位形 兆安级放电 电流软着陆
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基于神光Ⅲ原型装置的辐射加热碳等离子体辐射不透明度实验研究
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作者 赵阳 青波 +15 位作者 熊刚 张志宇 孙奥 杨国洪 赵妍 张玉雪 黄成武 朱托 宋天明 李丽灵 李晋 车兴森 詹夏宇 张继彦 董云松 杨家敏 《物理学报》 北大核心 2025年第15期197-202,共6页
辐射不透明度实验数据用于评估不透明度理论模型及其计算精度.针对惯性约束聚变点火靶壳层材料碳的辐射不透明度数据研究需求,本工作在神光III原型大型激光装置上开展了辐射加热碳等离子体的辐射不透明度实验研究.实验中采用8路纳秒激... 辐射不透明度实验数据用于评估不透明度理论模型及其计算精度.针对惯性约束聚变点火靶壳层材料碳的辐射不透明度数据研究需求,本工作在神光III原型大型激光装置上开展了辐射加热碳等离子体的辐射不透明度实验研究.实验中采用8路纳秒激光注入锥柱型金黑腔产生高温X光辐射场,通过辐射场加热黑腔中心的CH薄膜产生高温等离子体,并利用multi-1D程序模拟了等离子体的温度和密度时间演化过程.采用空间分辨门控平焦场光栅谱仪结合第9路束匀滑面背光技术,在同一发次中对背光经过CH半样品的吸收光谱和背光源谱进行测量.最后,将实验获得的碳离子(温度65 eV,密度0.003 g/cm^(3))在300-500 eV能区的透过率谱与DCA/UTA光谱理论计算结果进行比较. 展开更多
关键词 辐射不透明度 惯性约束聚变 吸收光谱
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HL-3装置垂直汤姆逊散射系统激光传播特性的研究
15
作者 龚少博 张通川 +8 位作者 郭文平 侯智培 翟文延 刘春华 邓必河 石中兵 钟武律 许敏 段旭如 《核聚变与等离子体物理》 北大核心 2025年第1期64-68,共5页
HL-3装置上发展了一套垂直边缘汤姆逊散射诊断系统,该系统采用波长1064nm、能量0.6~2J、重复频率30Hz、脉冲宽度15ns的Nd:YAG激光作为诊断光束。入射激光垂直穿过等离子体区域,在水平方向上收集散射光信号。对Nd:YAG激光传播特性进行了... HL-3装置上发展了一套垂直边缘汤姆逊散射诊断系统,该系统采用波长1064nm、能量0.6~2J、重复频率30Hz、脉冲宽度15ns的Nd:YAG激光作为诊断光束。入射激光垂直穿过等离子体区域,在水平方向上收集散射光信号。对Nd:YAG激光传播特性进行了实验研究,利用非理想高斯光束传播方程对实验数据进行了拟合,得到了入射激光的束腰半径、束腰位置及品质因子等重要参数。基于实验获得的入射激光参数,设计了一套伽利略扩束准直系统和单透镜聚焦方案,在观测视场中心成功获得了束腰半径为2mm的激光光斑。所开展的Nd:YAG激光传播特性研究不仅是确定汤姆逊散射系统观测视场的关键,也是开展消杂散光孔径光阑设计的基础。 展开更多
关键词 汤姆逊散射系统 高斯光束 准直聚焦光路
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HL-2A装置上撕裂模与湍流相互作用研究的进展
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作者 蒋敏 许宇鸿 +5 位作者 钟武律 陈伟 石中兵 李继全 张毅 栗钰彩 《核聚变与等离子体物理》 北大核心 2025年第3期332-341,共10页
开展等离子体中撕裂模与湍流之间的相互作用的研究,有助于理解撕裂模对等离子体输运的影响,对在大型聚变装置上发展撕裂模的有效控制技术及维持等离子体高约束性能具有重要指导意义。结合HL-2A装置实验与数值模拟,系统研究了等离子体中... 开展等离子体中撕裂模与湍流之间的相互作用的研究,有助于理解撕裂模对等离子体输运的影响,对在大型聚变装置上发展撕裂模的有效控制技术及维持等离子体高约束性能具有重要指导意义。结合HL-2A装置实验与数值模拟,系统研究了等离子体中撕裂模与湍流的多尺度相互作用机制及其对能量输运的影响。研究取得以下重要发现:(1)发现撕裂模磁岛边界形成强极向流剪切层;(2)证实了撕裂模旋转对湍流幅度的调制效应存在临界磁岛宽度阈值,为Fitzpatrick理论提供了直接实验证据;(3)创新性地发现湍流可通过非线性过程横越磁岛传播,揭示了大磁岛边界激发准相关模湍流的物理现象,并提出非局域相位耦合的湍流传播机制;(4)阐明了磁岛X点区域湍流诱发等离子体热淬灭的物理机理。这些结果表明,主动调控湍流可能成为控制撕裂模稳定性和缓解破裂的一种新方法。 展开更多
关键词 撕裂模 磁岛 湍流 极向流 湍流传播 多尺度相互作用
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J-TEXT托卡马克相干成像光谱诊断系统设计
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作者 聂林 吴骏彬 +5 位作者 龙婷 雷驰 严伟 李杨波 张霄翼 J-TEXT实验团队 《核聚变与等离子体物理》 北大核心 2025年第3期273-279,共7页
相干成像光谱诊断是一种采用高速相机拍摄方式对等离子体边界的杂质离子流速进行二维成像的被动光谱诊断,对研究托卡马克边界和偏滤器等离子体环向旋转、杂质离子分布有着重要的作用。J-TEXT装置成功研制并部署了一套主要基于CⅢ线(464.... 相干成像光谱诊断是一种采用高速相机拍摄方式对等离子体边界的杂质离子流速进行二维成像的被动光谱诊断,对研究托卡马克边界和偏滤器等离子体环向旋转、杂质离子分布有着重要的作用。J-TEXT装置成功研制并部署了一套主要基于CⅢ线(464.88 nm)的相干成像光谱诊断系统。该系统的光学视场设计为12°,主要针对J-TEXT强场侧边缘等离子体区域进行观测。在性能指标方面,系统具备2 ms的时间分辨率,同时实现了11 mm(垂直方向)空间分辨率。目前该诊断系统已完成实验测试,并成功获取了等离子体边界的关键数据,为开展边界物理研究提供了新的实验手段。 展开更多
关键词 相干成像光谱诊断 环向速度 J-TEXT托卡马克
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超声分子束束流辉光放电系统研制及应用
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作者 殷娇 许可 +7 位作者 王驰宇 赵伟 蒋富强 陈程远 朱毅仁 聂林 冯北滨 肖国梁 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第S2期303-310,共8页
超声分子束注入作为磁约束聚变装置中一种常用的加料及边界粒子控制技术,因其速度快、定向性优良等特点被广泛应用。为优化束流特性,一种用于测量束流特性分布的辉光放电系统被研制,并被应用于束流结构及参数的研究分析。实验结果表明,... 超声分子束注入作为磁约束聚变装置中一种常用的加料及边界粒子控制技术,因其速度快、定向性优良等特点被广泛应用。为优化束流特性,一种用于测量束流特性分布的辉光放电系统被研制,并被应用于束流结构及参数的研究分析。实验结果表明,束流电离的过程可分辨条件下最快约为0.7 ms,系统配置的高速相机可捕获束流的清晰结构,该结构可准确用于束流寂静区长度及发散角度等关键信息测量。超声分子束束流纹影测量对比实验验证了直流辉光放电束流参数的一致性及可靠性。在此过程中,通过对束流形貌演化过程的研究,揭示了超声分子束的马赫盘形成机制,为其性能优化提供了物理和数据支撑。在氖气超声分子束放电实验中,扫描探针系统测得的束流响应给出了束流传播方向上的速度分布。马赫盘附近区域的速度分布结构特征与超声束流演化模型的预测相符,且通过速度分布测量获得的寂静区长度与纹影实验建立的定标关系呈现高度一致性,这为超声分子束的全剖面分布测量及其与等离子体相互作用的深入研究奠定了实验基础。 展开更多
关键词 超声分子束注入 辉光放电 束流形貌 束流速度
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不同工作气体下直流电弧等离子体特性的数值模拟研究
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作者 谢文军 陈文波 +2 位作者 陈伦江 杨斌 阳璞琼 《真空科学与技术学报》 北大核心 2025年第4期272-277,共6页
数值模拟由于低成本的特点成为研究等离子直流电弧内部射流特性的有效工具。文章通过数值模拟的方法研究了等离子发生器在不同气体工况下电弧的射流特性。研究显示层流等离子内部的温度分布以及速度分布与工作气体物性参数有着极大的关... 数值模拟由于低成本的特点成为研究等离子直流电弧内部射流特性的有效工具。文章通过数值模拟的方法研究了等离子发生器在不同气体工况下电弧的射流特性。研究显示层流等离子内部的温度分布以及速度分布与工作气体物性参数有着极大的关系,在电流为75 A,工作气体流量为3 g/s的条件下弧室内氩气的温度最高,氢气的温度最低;而在阳极以外的大部分区域氧气的温度最大、氮气次之、然后是氩气,氮气和氢气在阳极以外区域出现电弧未充分形成现象;几种的气体温度分布在弧室内均呈现U型分布,轴线上速度都是在弧室内增加,弧室外减小。文章从气体物性参数的角度分析了直流电弧等离子体的射流特性,为直流电弧等离子体发生器的研究以及在不同场景下的实际应用提供了极其重要的指导作用。 展开更多
关键词 直流电弧等离子体 数值模拟 射流特性 层流模型
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球形托卡马克2.45 GHz电子回旋共振预电离的模拟研究
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作者 许戈航 陈文波 +2 位作者 龚学余 郑平卫 杜丹 《核技术》 北大核心 2025年第4期150-157,共8页
电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)预电离对于球形托卡马克的可靠启动有着重要意义。本文建立了球形托卡马克装置的三维模型,采用了多物理场仿真软件COMSOL对该装置内ECR的预电离过程进行了模拟,并在此基础上研究了不同... 电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)预电离对于球形托卡马克的可靠启动有着重要意义。本文建立了球形托卡马克装置的三维模型,采用了多物理场仿真软件COMSOL对该装置内ECR的预电离过程进行了模拟,并在此基础上研究了不同输入功率对功率沉积、电子温度及电子密度的影响效应。研究结果表明,提高输入功率可以大大缩短电子的电离时间,使等离子体电子密度和电子温度的峰值均有较大的提升。但是,过高的输入功率也会使电离产生的等离子体密度过大,入射电磁波难以到达共振区位置,从而降低ECR加热效率。 展开更多
关键词 电子回旋共振加热 等离子体预电离 COMOSL 球形托卡马克
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