在EAST上开展高压气体驱动多锂球弹丸混合注入缓解等离子体破裂实验研究

Disruption mitigation system is one of the indispensable subsystems of ITER. The exsiting technology and methods have many deficiencies, so it is significance to developing a new technology for ITER. The aim of this project is to develop a multi-lithium ball hybrid injection system by using high pressure gas for disruption mitigation. The new technology has a lot of advantages on disrution mitigation, which could cool down the plasma temperature of the core and boundary area at the same time, that is very important for disruption mitigation. Eddy current driven fast valve had been developed succeffully in institute of plasma physics chinese academy of sciences in HeFei, which had been applied on EAST and HT-7 succeffully to study the influece of massive gas injection on disruption mitigation. By injecting enough noble gas ,the harmful of the plasma diruption could be mitigaed largely. All of these research set a solid foundation for this project. EAST is the first full superconducting tokamak in the world, which has similar structure with ITER, Developing a new technology for disruption mitigation on EAST is a very meaningful thing not only to EAST but to ITER, if this project is carried out succefully, it could provied a effective tool for disruption mitigation on EAST, and the research results also could give a reference to ITER.

等离子体破裂缓解系统是保证未来的核聚变装置安全运行的必不可少的子系统之一。 目前现有的破裂缓解手段（弹丸注入和高压气体注入）都存在着一些不足，都不足以完全满足未来ITER安全运行对破裂防护系统的要求。因此开展新型的等离子体破裂缓解技术及方法的研究工作对未来ITER的安全运行意义重大。本项目主要目的是研制一套脉冲式高压气体驱动多锂球混合注入系统并利用该系统在EAST上开展等离子体破裂缓解实验研究。该系统结合了弹丸注入系统及高压气体注入系统的优点，可以实现等离子体边界及芯部的多点同时冷却，进一步提高了缓解效率。EAST是我国自主研发的世界上第一个全超导托卡马克实验装置，它与ITER有着很大程度的相似度，因此在EAST装置上开展新型的破裂缓解技术及方法的研究工作，不仅是保证我们EAST装置安全运行所必须的，该研究成果也能为ITER装置上进行等离子体破裂缓解研究提供借鉴意义。

等离子体破裂是托卡马克等离子体放电过程中一种常见的不稳定性现象，破裂会给托卡马克装置带来很大的热负载以及电磁力负载；实验研究发现在破裂前通过快速注入杂质粒子的方式可以起到破裂缓解的效果。弹丸注入及高压气体注入是目前比较成熟的两种杂质注入手段，但是这两种杂质注入方式在应用于等离子体破裂防护研究方面都存在一定的缺点和不足：通过高压气体注入的方式注入的气体在等离子体边界就已经被电离，很难进入到等离子体较深的区域；而通过弹丸注入的方式虽然可以实现很深的注入深度，但是注入的粒子具有较强的局域性，且注入的粒子数密度达不到抑制和缓解逃逸电子的目的。针对以上等离子体破裂缓解过程中的技术难题，在本项目的支持下，我们提出并研发了一套基于高压气体驱动的多锂球弹丸混合注入系统，并利用该套系统在EAST托卡马克装置上开展了破裂防护实验研究，该多锂球弹丸混合注入系统融合了弹丸注入和高压气体注入两种杂质注入方式的优点，实现了杂质弹丸及杂质气体的同时混合注入，弹丸可以进入等离子体较深的区域，而高压气体则可以实现对等离子体边界的有效冷却，有可能进一步增强等离子体破裂缓解效果。在EAST托卡马克装置上的实验结果证明该种技术的可行性及有效性。实验结果显示：通过这种技术，弹丸是可以被高压气体成功的注入到等离子体中去，系统触发后，会爆发很强的锂线辐射，但是第一轮的粒子混合注入缓解实验中由于实验中注入的气量及弹丸量比较小，因此带来的辐射增量与单纯的气体注入相比不是很明显，我们将在后续的实验中通过增大阀门口径及弹丸注入量的方式继续开展本研究工作。该混合注入技术的成功开发为未来ITER及CFETR核聚变装置破裂防护系统的建设提供一种新型的思路。