董春凤，崔正英，杨青巍 ，季小全，周航宇，冯北滨，李伟， 孙红娟，李永高 核工业西南物理研究院 dongcf@swip.ac

1. 董春凤，等. 第十三届全国等离子体科学技术会议2007, 8, 20-22, 成都 核工业西南物理研究院 第十三届全国等离子体科学技术会议 2007,8,20-22, 成都 HL-2A欧姆和ECRH条件下的能量约束数据库的建立及分析 董春凤，崔正英，杨青巍，季小全，周航宇，冯北滨，李伟，孙红娟，李永高 核工业西南物理研究院 dongcf@swip.ac.cn 引 言 托卡马克等离子体的能量约束一直是聚变研究的重要课题之一，因为要实现受控核聚变，必须使等离子体有足够的能量约束时间。为了研究等离子体的约束，人们试图通过研究等离子体能量约束时间与各种工程物理参数之间的关系来得到一些所谓的约束时间经验定标律。在各国研究人员的探索下，同时为了对ITER的能量约束状态进行预测和评估，由来自全世界主要托卡马克装置的等离子体的约束数据共同组建了ITER约束数据库。为此，在给ITER约束数据库提供数据的同时，我们在HL-2A上进行的同样的能量约束行为的研究也显得十分必要，它不仅可以使我们更清楚地认识到HL-2A装置的等离子体约束状态，也有利于下一代托卡马克装置的建造和运行。 HL-2A数据库的数据形式 ITER 数 据 库 • ITER数据库的组成：L模约束数据库、H模功率阈值数据库、H模约束数据库、H模台基数据库、ITB数据库和分布数据库。 • HL-2A首批提供给ITER的数据主要按L模数据库形式准备的，所以在此我们主要介绍ITER L模数据库。 • ITER L模数据库创建于上世纪80年代，最初的数据来源于DⅢ、ISX-B、DITE、ASDEX、TFR、PDX和PLT等装置。之后又加入了JT-60、TFTR、JET、DⅢ-D、JFT-2M和T-10等大的装置的数据，形成了第一代L模数据库。90年代，L模数据库又加入了C-Mod、PBX-M、JT-60(U)、TEXTOR、FTU、Tore Supra等装置的数据。现在，新的装置和新的数据仍然在不断的加入进去。 • ITER L模数据最新版本是ITERLDB3.2，有参数146个。这些参数包括了等离子体成分、加热方式及功率、等离子体的能量、位形、温度和装置情况等方面。 • ITER L模数据库建成后，通过对这些数据的统计分析，形成了两个著名的定标律—ITER89-P和ITERL-96P(th)定标律。 • ITER L模数据库要求的数据形式有两种，一种是ASCII码的数据文件，另一重是每次放电的主要参数随时间变化的图形文件。 • ASCII数据文件：这种数据格式由表头和数据两部分组成。表头部分列出了该数据版本中所有的参量，数据部分是在与表头列出的参量相对应的位置，填上该次放电的具体数据。 • 图形文件：图形文件也分为两部分，分别是图形部分和数据部分。图形部分包括等离子体电流、环电压、环向磁场、Hα辐射、电子密度、电子温度、热辐射和反磁能量等参数随时间变化的曲线。如右图示。数据部分是将对应取数时刻的主要参数附于图后，以利于看图时了解该时刻相关参数的具体值。 SHOT = 5506, DATE = 20061120, LCUPDATE = 20070814 MEFF = 2, Wallmat = CSS, Conditioning = Silicon, Phase = L (1) (2) HL-2A 数 据 分 析 各变量单位依次是s、MA、m、-、-、1019m-3、T、原子质量数单位和MW。 氢欧姆放电分析 氘欧姆放电分析 • ITER L模数据主要数据的范围：在上世纪末，由Kaye等人共同整理出一个主要数据范围，分成氘欧姆放电、氢欧姆放电和L模放电三种情况。如下表： 表 1 氢欧姆放电数据 表 2 氘欧姆放电数据 上图为氢欧姆放电下的能量约束时间与电子线平均密度的关系。 从图中，我们可以观察到，在3×1019/m3之前，能量约束时间与电子线平均密度成线性增长关系，在3×1019/m3之后，出现饱和状态。 上图为氘欧姆放电下的能量约束时间与电子线平均密度的关系。 从图中，明显可以观察到LOC和SOC区域，在2×1019/m3之后，出现饱和状态。 表 3 L-Mode放电数据 L模数据分析 左图为实验测量的能量约束时间与ITER96-P定标的预测值的比较。 从图中，我们可以看出，在HL-2A上测得的能量约束时间与定标律计算的结果是很符合的。能量约束时间主要集中在30ms 附近（ECRH的注入功率可以达到1.5MW）。 HL-2A数据与其他装置数据的比较 HL-2A数据库的建立 • HL-2A首批提供给ITER的数据版本是ITERLDB2.0，这版本数据文件要求的参数有141个。 • HL-2A根据自身的实际运行条件和其他因素，提供的参数包括一般性参数、等离子体成分、几何位形、装置情况、磁场、杂质、注入功率、温度、能量及能量约束时间等方面，共提供参数80个左右。 • HL-2A的主要数据范围：100kA<Ip<300kA，1.45T<Bt<2.4T，0.33×1019m-3<ne<7×1019m-3，被包含在ITER L模数据库的数据范围内。其中电流值集中在三个部分，100kA、260kA和300kA附近；纵场集中在1.5T和2.2-2.4T附近。 • HL-2A上的放电模式，目前主要是欧姆放电和L模放电，其中辅助加热方式是电子回旋加热(ECRH)。 • HL-2A的数据库由两部分组成，68个欧姆时间点和82个L-Mode时间点。工作气体有氘和氢，放电位形有孔栏和偏滤器。 左图为HL-2A装置数据与其他装置数据的比较。 红色表示的是欧姆放电 蓝色表示的是L模放电 从图中可以看出，无论是欧姆还是L模数据，与定标律以及其他装置数据的变化趋势基本一致，说明HL-2A的测量数据是可信的。 总 结 HL-2A数据库中主要数据的由来 • 到目前为止，HL-2A完成了包含68个欧姆数据和82个L模数据的首个数据库。所收集的数据的准确性也通过对比及其他方式得到认可。同时也进行了反磁能量与计算热能的比较，二者基本一致。 • HL-2A的纵场数据范围比较宽，变化范围是1.45T<Bt<2.4T。 • 对Wth进行了统计回归分析，Wth~PLTH0.4×NEL0.4×MEFF0.5×Ip1.3。Wth与MEFF的定标关系与原ASDEX的分析的结果一致，但是与电流的定标关系，与原ASDEX的分析的结果不太一致，主要可能是因为电流的范围较窄，影响了电流项分析的结果。 • 下一步工作是继续开展对等离子体平衡方面的认证，通过EFIT程序，计算得到WMHD。 • 电子中心温度及其分布：由ECE测得，并用过中心的一道汤姆逊散射测量结果进行绝对标定得到。将标定后的数据，用最小二乘拟合成6次多项式得到电子温度分布。 • 电子温度的体平均：将上面得到的电子温度分布进行体积分，然后求平均既可。 (3) • 电子线平均密度及其分布：由8道HCN干涉测量给出。 • 离子中心温度：由NPA测量给出。 • 等离子体的几何尺寸：由EFIT程序计算给出。 • 等离子体的反磁能量及能量约束时间等：由HL-2A的反磁测量计算给出。