中国环流器二号(HL-2A)是我国第一个具有偏滤器位形的大型
托卡马克装置,利用德国ASDEX装置主机3大部件改建而成。
该装置具有由相应的线圈和靶板组成的
偏滤器,可以运行在双零或单零偏滤器位形。这对开展高约束模(H模)物理和边缘物理研究及提高等离子体参数是非常关键的。该装置1999年正式动工建设,2002年获得初始等离子体。
HL-2A装置(图1.3.4)主机由环向磁场线圈、极向磁场线圈、真空室及支撑系统组成。最大环向磁场可以达到2.8T,等离子体电流为480kA。表2.3.2列出了HL-2A装置的主要参数。
HL-2A装置磁场线圈中的强电流由3套飞轮脉冲发电机组和大功率变流电源系统提供,总容量达到300MVA,一次脉冲释能为1300MJ。环形真空室由不锈钢制成,具有200多个大小不同的窗口,分别用于等离子体加热、加料和诊断等。环形真空室由8台涡轮分子泵抽到超高真空状态,极限真空度可达到4.6×10Pa。在HL-2A装置上发展了10MW的加热系统,包括6MW的电子回旋加热系统, 2MW中性束系统和2MW低杂波电流驱动系统。 HL-2A装置上有40余种不同种类的先进等离子体诊断系统,分布在主等离子体区和偏滤器区,可以提供有高时空分辨的等离子体参数。
HL-2A装置自运行以来,有多项重大进展:2003年,在首轮物理实验中成功实现第一次偏滤器位形运行。2009年,实现中国第一次高约束模(H模)放电。高约束模的实现是一个装置综合水平的重要标志。这项重大科研进展是中国磁约束聚变实验研究史上的又一里程碑。同时,在大功率加热中,等离子体离子和电子温度都大幅度增加。
HL-2A装置的物理实验在聚变科学的各个领域取得可观的研究成果:利用新的静电探针系统首次观测到测地声模和低频带状流的三维结构,填补了该方向的国际空白;利用原创的超声分子束调制技术发现了自发的粒子内部输运垒,为等离子体输运研究提出了新的课题;首次观测到由高能电子激发的比压阿尔芬本征模,推动了高能粒子物理研究的发展;在湍流、带状流研究中,发现了在强加热L-模放电中高频湍流能量向低频带状流传输,为理解功率阈值提供了物理基础;在H模物理研究中,发现了到在L-H转换过程中存在两种不同的极限环振荡和完整的动态演化过程,为L-H模转换的理论和实验研究提供了新的思路。另外,在等离子体宏观不稳定性、边缘物理,杂质输运等方面还有很多新的实验成果。这些新的发现为聚变等离子体科学的发展做出了贡献,为中国参与ITER计划提供了科学和技术基础。