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第五节 等离子体物理学与电磁学
一、高温等离子体研究 〔改进型七厘米离子源〕 1980～1982年，中国科学院等离子体物理研究所任兆杏等完成“改进型七厘米离子源的研制及实验”。该项成果是一种改进型的双潘宁离子源，由热阴极弧产生的等离子体，经几何与磁场的双重压缩，造成静电双层，使电子获得几十电子伏的能量。高能电子经中间电极喉区的“钮扣”，成为筒状电子束射入2号阳极区，形成供引出离子用的2号阳极等离子体（～ 1012／cm 3），当多孔引出电极系统的正电极上加上高压后，就有氢离子束引出，并加速到预定能量。该设备已达到的指标为：引出离子种类为氢，离子束能量28千电子伏，引出电流最大4．2安培，离子束脉冲宽度20毫秒。 〔中性束注入器〕 1978～1985年，中国科学院等离子体物理研究所余增亮等研制的“5A中性束注入器”，是用7厘米直径引出栅的双潘宁离子源，在26千伏时可引出5安的离子束。经过电荷交换，70％以上的离子转换成中性粒子。该中性粒子束穿过漂移区可以注入到托卡马克装置中的等离子体内，实现能量交换。这是我国第一台可实用的中性粒子束注入器，总的靶功率大于100千瓦，中性束输出功率大于60千瓦；高压28千伏，引出束流4．2安，脉冲时间25毫秒，中和效率80％。 〔用L＝2螺旋绕组抑制托卡马克撕裂模〕 克服高温等离子体环中撕裂模引起的破裂不稳定，是托卡马克建堆的主要困难问题之一。中国科学院等离子体物理研究所霍裕平和该所HT－6B托卡马克装置课题组合作完成的这项研究，通过对L＝2螺旋电流存在时，撕裂模非线性行为的分析，提出用弱外加螺旋场来抑制m＝2撕裂模的增长，并在小型托卡马克装置上进行实验，基本得到预期结果。实验结果与理论模型计算出的结果符合较好。实验水平在国内高温等离子体物理实验中，无论是等离子体参数、状态的动态范围，M HD扰动诊断技术的完备，还是数据采集、处理系统的高效能，均属领先水平。 〔中型托卡马克HT－6M聚变装置及实验系统〕 该项研究是由中国科学院等离子体物理研究所郭文康等在1980～1986年间完成的。其物理参数选择正确，质量优良，诊断和数据采集系统可靠、方便。与国际上80年代同等规模装置相比，能很好地从事综合性研究。 此外，中国科技大学王象振等还完成“5万焦耳θ－Pinch装置的建设和实验研究”，这是一台储能5万焦耳的直线型角向收缩（θ－Pinch）装置，用于研究高温等离子体和受控核聚变。 二、等离子体测量 70年代末，中国科技大学项志遴等研制的“中性粒子能谱仪”，是测量托卡马克装置中等离子体温度所必须的设备。它由校准离子源、磁分析器、谱仪本体3大机械部分及多路记录存贮显示器、多路放大整形器、高压锯齿波发生器、高压阶梯波发生器、2～4万伏高压稳压电源、3千伏与4千伏稳压电源、多路稳压电源等9种电子仪器组成。该仪器已在6号托卡马克装置上使用，性能良好可靠，达到国际水平。 1980～1981年，中国科学院等离子体物理研究所范叔平等完成“电磁测量及其在HT－6托卡马克装置上的实验”。该项目进行了7项研究，通过这些测量为研究等离子体宏观磁流体平衡和稳定性获得重要参数，用以描述等离子体的宏观行为。这些测量工具的建立，使该所的HT－6托卡马克聚变试验装置成为国内该类装置中测量手段最齐全、最完备的一台装置。 1983～1985年，中国科学院等离子体物理研究所沈学民等研制的“Ka波段五道时序外差多色仪”，用于测量该所托卡马克聚变装置中高温等离子体的电子温度时间空间分布。它是利用一个宽带混频器和多个不同工作频率的本振（耿氏振荡器），使多本振按一定时序脉冲工作，从而实现扫频外差接收。 此外，中国科技大学项志遴、马明义研制的“位相差测示器”，是远红外激光干涉法测量高温等离子体密度时，用来测量显示二个中频电信号的瞬态位相差。为标定用于等离子体诊断的中性粒子能谱仪，项志遴等还研制出“空心冷阴极双等离子体离子源”，通过阴极和中间电极之间的低气压电弧放电产生离子源。中国科技大学胡伯铨等研制的“NP－Ⅱ自动数据收录仪”，是测量托卡马克高温等离子体温度的配套采样仪器。 三、电磁学 〔磁流体发电研究〕 中国科学院等离子体物理研究所邱励俭从60年代起从事磁流体力学研究和磁流体发电的理论与实验研究，并提出“液态金属磁流体发电”方案。 〔电磁发射及电磁脉冲功率研究〕 中国科学院等离子体物理研究所潘垣等从1986年起从事电磁发射与电磁炮的研究，完成了“303实验电磁炮”的研究与发射实验，这标志着中国电磁发射技术取得了重大突破，迈入国际先进行列。 中国科学院等离子体物理研究所季幼章等完成了“大型发电机转子的非线性电阻灭磁与过电压保护”。这项技术开辟了大型发电机转子灭磁和过电压保护的新途径，提高了灭磁和过电压保护系统的可靠性，提高了机组的安全运行水平。 四、磁性材料与磁体 〔磁性材料〕 由氧化铁与镍、锌、锰等金属的氧化物组成的磁性材料，因其在高磁场中产生的涡流较小，适宜作高频磁性材料，受到人们关注。70年代中期，安徽大学胡国光、娄明连深入研究了垂直磁记录头的结构和磁场分析，以及溅铝对热压铁氧体的影响。1977年研制出硬盘机铁氧体浮动磁头，1980年研制成软盘机铁氧体磁头。 中国科技大学陈慧余等1979年试制成高频大功率铁氧体测试仪，同年研制成的镍－锌－钴高频大功率铁氧体，其主要技术指标，达国际先进水平。 1980～1982年，中国科技大学黄美清、林碧霞完成“包附的γ－Fe2O 3高记录密度磁粉”研制，磁粉的主要技术指标为：σs＝65em u／g，σr＝37em u／g，He＝ 465Oe，属国内先进水平。 1984～1987年，陈慧余等研制成功铁钴硅硼非晶态软磁材料。其主要技术指标达到：属国内领先水平。 〔磁体〕 中小型超导磁体是实用价值很高的高场强磁体。70年代，磁体工艺与国外差距很大，核磁共振仪、喇曼激光器上使用的小型超导磁体都得从国外进口。1976年，中国科技大学张裕恒等在国内首先开始研制50特（斯拉）的脉冲磁体，采用国际上的“磁通浓缩器”方案，实践中指出这种“磁通浓缩器”的设计思想存在原理性错误，并从理论上进行了证明。1978年他们采用绕组线圈首次在国内获得37．8特、20毫米内径、20毫秒脉冲时间的脉冲磁体。研制的脉冲磁体系统很快用于测量实用超导材料，张裕恒完成了“脉冲强磁场系统最佳设计的理论”论文。 1981～1982年，中国科学院等离子体物理研究所施嘉标等研制的“40特脉冲强磁场磁体”，是一个脉冲高场强磁体。其主要技术指标为：磁体内孔径20毫米，磁体脉冲宽度大于20毫秒，磁体场强43特，磁体冲击磁场46特。 1983～1985年，中国科学院等离子体物理研究所焦正宽等研究了“中小型超导磁体工艺规范”，根据国内条件提出了3种工艺规范，绕制的6个超导磁体，中心场强都在8．6特以上，最高为9．24特。励磁速度分别为：以5．7特／分励磁至7．5特未失超，以4．2特分励磁至8．3特未失超，以4．1特／分励磁至8．84特则失超。这些指标均达到国内最好水平，并达到国际同类磁体的先进水平。 “等离子体物理学与电磁学”重要论文简表 表2－2－4   |
