利用灰尘注入开展聚变装置灰尘的实验研究

Dust transport in plasmas and its influence on plasma performance are currently more and more concerned due to its weak links within plasma-wall interaction in fusion devices. The novel dust injection systems at the high field side and the low field side of HL-2A tokamak are applied to carry out the experimental investigation of dust characteristics. In order to understand the characteristic of dust transport and physical mechanism of its difference influence on plasma performance, this program mainly focuses on these two topics by means of fast framing CMOS cameras and relative plasma diagnostic methods. This work can help to reduce the impact of dust inventory upon impurity and safety issues of the future fusion device, such as ITER.

灰尘颗粒的输运特征及其对等离子体约束性能的影响是当前聚变装置等离子体与材料表面相互作用领域的薄弱环节，并越来越受到关注。本项目利用研制的新型灰尘注入系统在HL-2A装置的强磁场侧和弱磁场侧开展灰尘主动注入实验，借助高速相机和其它相关等离子体诊断手段重点开展灰尘颗粒的输运特征以及不同位置灰尘注入对等离子体性能影响差异性的研究。最终掌握聚变装置灰尘在等离子体中的输运特征及其对等离子体约束性能影响的物理机制，并降低灰尘滞留对下一代聚变装置，如ITER，安全稳态运行和杂质控制的影响。

大量实验证明在聚变反应堆的真空室内存在灰尘颗粒的产生和滞留，这些颗粒能导致等离子体性能退化，光学诊断设备损伤以及引起装置的安全等问题。通过对HL-2A装置灰尘样品的大量收集和事后分析得到了HL-2A装置灰尘的主要形貌特征；开展了数值图像处理技术代码的开发和改进，其代码能实现对灰尘动力学行为分析；通过高速相机系统并结合HL-2A装置的弹丸注入系统和激光吹气系统，分别开展了装置内灰尘剥离事件和灰尘注入实验的研究。实验结果表明灰尘剥离事件和灰尘注入实验所观测到的灰尘动力学行为和输运特征具有很好的相似性。在等离子体稳态放电阶段灰尘颗粒被约束得很好.分别起源于强磁场侧和弱磁场侧的灰尘剥离事件对等离子体参数的影响存在明显的差异性,其主要原因是由于其受到离子拖拽力的作用而环向加速和离心力作用而径向输运,由于离心力的作用，起源于强磁场侧的灰尘颗粒更容易进入芯部并影响等离子体性能。最后，探索性开展了灰尘杂质注入的沉积位置及其对ELM缓解作用的物理研究。