超聲團簇束同低能區電子相互作用研究

《超聲團簇束同低能區電子相互作用研究》是依託四川大學，由韓紀鋒擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超聲團簇束同低能區電子相互作用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：韓紀鋒
• 依託單位：四川大學

項目摘要

超聲分子束注入加料方法具有設備簡單、效率高和注入深等特點，被ITER專家組建議為首選替換加料技術。如何進一步提高加料效率，研究注入機理是未來核聚變中的核心研究課題之一。本項目將利用低能電子槍和超聲噴流團簇源裝置，實驗研究30-2000eV的電子束流與不同結構噴嘴產生的超聲團簇束流的相互作用過程。通過研究電子束在團簇束中激發的Hα輻射，結合瑞利散射、飛行時間測量等技術，開展超聲分子束同電漿相互作用的研究。研究超聲團簇束從產生到輸運過程中的密度、尺度分布；研究團簇束流在電子作用下的電離、解離；研究電子在團簇束流中的透射、散射等；研究提高注入深度的方法和技術。結合實驗結果進行模擬研究，模擬分子束產生和輸運過程，模擬分子束同電子束的相互作用機制，模擬分子束注入電漿的機制，探索提高加料效率的機理和措施等。該項目研究不僅是探索托克馬克注入加料機理，對於推動ITER項目的發展同樣具有重要的意義。

結題摘要

項目按照預定計畫完成了預期目標。研製完成了一套長約3.5米的真空管道系統，研製了一套成像率達到1Mfps的單光子成像系統用於Hα輻射光的測量診斷，研製了超聲分子束密度、速度診斷系統，研製了基於瑞利散射的超聲團簇成像診斷系統。實驗研究了超聲分子束在飛行過程中的密度、速度演化和分布規律，研究了背景真空環境對超聲團簇製備的影響，發現了常溫下氬氣團簇存在同低溫下氫氣團簇類似的“自限制效應”，驗證了其是超聲團簇製備和輸運的重要影響因素。研究獲得了氬氣、甲烷、氫氣等各種氣體超聲團簇的尺度分布，成功獲得了常溫下的含氫（氘）團簇，對於研製基於雷射聚變的桌面中子源具有積極意義。首次研究獲得了氬氣、甲烷團簇的光學軌跡，並提出了該種基於光學成像技術是一種適於研究氣體團簇性質的有效方法。首次研究給出了超聲分子束飛行2000mm範圍內的密度演化規律，發現在軸向距離大於200mm後超聲分子束密度基本維持不變，對於理解超聲分子束注入電漿的機理具有重要價值。研究發現超聲分子束飛行速度隨著噴氣壓強的增大而增大，並研究了管道結構對超聲分子束速度、密度的影響等。實驗研究了超聲分子束同電子的相互作用過程，通過對相互作用後的輝光成像，研究了不同能量電子在各種密度超聲分子束中的穿透深度等。基於分子動力學和蒙特卡洛相結合的方法，研究了超聲分子束的產生和輸運過程，驗證了超聲團簇的形成是基於絕熱膨脹規律。基於FLUENT軟體，模擬研究了各種噴嘴結構、管道變化對於超聲分子束密度、速度的影響，發現半張角為20°的噴嘴具有最優的速度分布，同時管道結構對於速度影響較大。同核工業西南物理研究院相關課題組合作，模擬研究了超聲分子束同電漿的相互作用過程，以及超聲分子束參數對注入深度、加料效率等的影響等，發現相對於超聲分子束的密度，速度對於注入深度具有更大的影響。