离子损失区变化与H模同位素效应关系的研究

H模功率阈值的同位素效应在世界许多装置上均有报道，大部分装置的实验结果总体相似，有少部分装置效应不明显，可以确定的是，同位素效应在暗示H模功率阈值与离子有直接关系，部分表现出离子质量和电荷数的重要作用。我们用离子能量、磁矩和角向正则动量三个运动常量所确定的粒子导心近似方程分析边界离子的损失条件，可以方便而精确地计算离子在初始速度空间中的轨道损失区域和给定负径向电场时离子损失区域的变化，同时还可以精确计算不同质量和核电荷数离子的损失率。负径向电场一直伴随H模出现，并且被认为是边界离子直接损失的结果，通过分析计算L-H转换过程中的同位素效应，特别是分析研究不同质量和核电荷数离子的损失差异性，对探索理解负径向电场的产生机制以及H模的形成机制有较大帮助。

在本基金的研究过程中我们利用用离子能量、磁矩和角向正则动量三个运动常量所确u定的粒子导心近似方程详细分析了边界离子的损失条件，比较精确地计算了离子在初始速度空间中的轨道损失区域和给定负径向电场时离子损失区域的变化。研究发现负径向电场的存在会产生通行粒子转变为香蕉粒子和香蕉粒子转变为通行粒子的过程，这个变化过程会使得负径向电场与离子轨道损失产生相互作用。如果这种相互作用是互相促进的，那么这是离子轨道损失的正反馈效应，正反馈的最终结果会使负径向电场达到一个较高的饱和值。反之，负反馈现象将会出现，负径向电场只能达到一个较低的饱和值。这种离子轨道损失的分叉现象在其它文献中尚未有报道。对于同电荷不同质量离子正反馈的阈值条件有较强的质量依赖性，质量越大阈值越低，然而对于复电荷态离子放电，由于不完全电离它的阈值会在一定范围内变化，总体来说它的阈值大于最低电荷态阈值而小于最高电荷态阈值，具体阈值大小依赖于实验中不同价态离子的含量与实验数据相符合，对于多电荷态粒子放电我们的模型也成功地解释了H模实验中发现的He-4等离子体功率阈值的电子密度依赖性。按照我们的研究同位素效应与H模实验观测的结果有着较好的符合。针对不同电荷态离子对H模阈值功率的影响，我们也研究了锂化实验中不同价态锂离子对正反馈阈值功率的影响。研究发现在锂化过程中，由于边界区域碰撞频率较高，并且中性气体的密度很大，锂电离并不完全，边界区域会有大量一价锂离子和二价锂离子存在，一价和二价锂离子的阈值条件小于氘离子，所以锂化实验能够减小H模阈值功率。本基金的探索为理解L-H转换机制进而控制L-H转换提供了可能的研究方向。