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中性束注入是等离子体加热和电流驱动的重要方法之一,诊断中性束(DNB)结合电荷复合交换光谱可以用来测量杂质离子温度,等离子体旋转速度等重要等离子体参数。中性束在等离子体中的吸收主要通过三种原子过程实现,即电荷交换,离子引起的电离和电子引起的电离。对于不同的中性束能量,不同的原子过程起主导优势。
本文根据不同等离子体参数情况,如不同的等离子体温度、密度和杂质含量时,对诊断中性束在HT-7和EAST托卡马克等离子体中的衰减情况进行了数值计算。计算结果的分析表明,等离子体的密度对中性束的衰减影响比较大,温度的变化对中性束衰减影响较小。当密度增大时,中性束衰减率显著增大。当中性束的能量增大时,中性束的衰减律减小的比较厉害。考虑杂质的影响时,中性束的衰减率比不考虑杂质时要大。计算结果说明诊断中性束能够满足HT-和EAST托卡马克的要求。
中性粒子束沿切向注入到托卡马克等离子体中,它们跟背景等离子体发生碰撞,变成带正电的离子束,受到磁场的约束,沿环形方向运动,从而驱动等离子体电流。本文根据EAST托卡马克的要求,利用程序ACCOME(与MHD一致的电流驱动分析法)的计算结果调节束线位置,确定出束线的最佳注入半径和注入角度,然后计算了不同的等离子体参数条件下中性束的电流驱动效果和等离子体压强的变化情况。通过计算和分析,在等离子体电流为1MA,采用平衡注入方式时,中性束注入总功率为8MW,每条束线的注入能量为90keV,注入半径为180cm,自举电流为0.211MA,欧姆流为0.826MA;在等离子体电流为1MA时,采用非平衡注入方式时,中性束注入功率总为4MW,其中中性束驱动电流为0.212MA,自举电流为0.152MA,欧姆电流为0.636MA。