CT-6和CT-6B装置始末10

1984是个很重要的年份。在此前，国内的同行中，五八五所只有两个很小的托卡马克。合肥方面虽然在1978年正式成立了研究所，但是他们的HT-6B装置运行参数不如我们的装置。可是到了1984年，我们独大的局面有所改变，五八五所的HL-1托卡马克，他们叫环流器，运行了，是当时国内最大的实验装置。合肥则建造了一个HT-6M装置，也比我们的装置大。在这种情况下，我们只能加强物理实验工作，才能在国内有一席之地。当时进行和完成的实验工作有这样一些：

1，反馈稳定区理论和实验：我们的装置具有加热场和垂直场两种反馈手段，由等离子体电流和水平位置两变量控制，有四个控制参数，自然有一个反馈稳定性问题。这个工作主要是郑少白和沈仲卿完成的。郑少白走后，我帮助沈仲卿进行了一些理论推导和计算。实验和理论比较的结果，发现实际稳定区较理论预言的小得多，可能是密度、等离子体内感等参数的变化未考虑之故，也许是线性模型的局限性造成的。这工作发表在《物理学报》。

2，击穿的实验和数值模拟：实验主要是一位硕士研究生杨士才做的，就是改变外加水平磁场和垂直磁场，测量击穿电压，绘制在水平磁场-垂直磁场平面上的击穿电压等值线。这些等值线构成一系列套在一起的椭圆。椭圆中心就是击穿电压最低，也就是最容易击穿的所谓零场区域。在这个区域，外加磁场补偿了杂散磁场，所以从其数值可以知道轴对称的杂散场数值。当然还有非轴对称的杂散场，用轴对称的外加场无法补偿。这一椭圆中心区域的等值线走向就比较无规，说明非对称的杂散场在起作用。至于这些曲线为什么是椭圆而不是圆，说明击穿对水平场较垂直场要求更严格。其原因是，垂直杂散场和环向场构成上下倾斜的磁力线，而电子由于磁场漂移，也偏离磁力线而上下移动，可能与磁力线的倾斜抵消有利于击穿。我们的测量证实了这一机构。

这工作完成后写文章投《物理学报》，未被接受，嫌太简单。于是我补充了一个模拟计算，算磁场中的击穿问题。结论是汤生模型仍然成立，但是要增加一个2的系数，来源于磁场的约束。加上这个计算结果后，在《物理学报》发表了。

3，慢压缩实验：即压缩时间比能量约束时间长、不满足绝热条件的环向场压缩加热，主要是韩共和等人完成的。观察到压缩后软X射线信号，特别是中心两道信号显著增加，标志温度、密度都有所增加，软X射线信号和辐射探测器信号均出现锯齿振荡。这些实验结果在1985年一次会议上作过报告，但是以后没做进一步的实验。

4，空间分辨硬X射线测量：托卡马克中经常发生逃逸放电，此时少数快电子被电场加速，沿磁场运动越来越快，甚至达到兆电子伏特的量级，打击到真空室壁发出很强的硬X射线，不但对很多仪器产生干扰，也不利于人体健康。说我们的装置有放射性，就是由此而来。这些快电子在等离子体内部当然也和离子碰撞发出X射线。但是这些射线很弱，淹没在与壁相撞产生的强X射线之中，很难测量到，只在少数波加热装置上作过。

这种测量有个要求，就是接收器对等离子体准直时必须避开器壁产生的X射线，也就是说，接收器所测量的等离子体后方的器壁不能有逃逸电子与之碰撞。在我们的真空室结构中，在长形测量窗口的对过的器壁正好向外凸出，沿磁力线运动的快电子无法打击到此处，所以有条件避开从器壁产生的X射线，只测量发自等离子体内部的射线。

我们用四只光电倍增管，用铅很仔细屏蔽准直，在垂直方向排列，对准等离子体环不同小半径位置进行测量。这是很容易的事，问题是对接收信号的能谱测量。这需要一种多道脉冲幅度分析仪。这种仪器在现在只是一块插件，但是在当时是极其珍贵的进口仪器。我们所里有，但人家不肯借。无奈，只好向乐山的五八五所求助。好在人家真是鼎力相助，借给了我们仪器。我们乘飞机将其取回，作了实验，得到了可信的结果，发表在英文的《中国物理快报》上。

我们从这一硬X射线能谱的空间分布测量结果得到了一个推论，就是逃逸电子很可能起源于安全因子等于1的共振面，当不稳定性发生，磁力线重联时发生的粒子加速是逃逸电子产生的原始动力。这个推论至今还没有见到类似论述，可惜我们的文章发在国内，学术界没人注意。

5，从锯齿振荡计算电子热导：在我们的装置上很容易观察到软X射线信号的锯齿振荡，从而可以决定安全因子q=1的磁面，即小半径，也可以采用一些模型计算电子热导系数。来自科技大学的代培研究生李唯强首先计算过电子热导，后来杨宣宗、戚霞枝等继续进行，并在理论模型和实验方法上有一些发展，也发表了一些文章。

6，阿尔文波实验：这一工作主要由研究生张大鸣完成，我的指导并不多。阿尔文波是一种磁流体波，当入射等离子体时，是以一种剪切阿尔文波模式传播的，传到共振层时转换为动理阿尔文波加热等离子体。张大鸣设计、加工了高频电源和天线，用一个装在石英管理的小线圈伸进等离子体测量波的场，观察到波的转换过程。这个工作送到欧洲等离子体和聚变会议上发表，没有写期刊论文。

这一时期，我们还开始设计、加工了4号真空室。当时使用的3号真空室有两项缺点。一是陶瓷环密封处常常漏气，二是诊断窗口太少。新的真空室的基本结构不变，但环向绝缘处改用氟橡胶圈密封，也增加了不少窗口，包括异型窗口。这一真空室还有一特点，就是对接法兰开在虾腰段衔接处，而不是在一段中间截断安装法兰，从而使焊缝减少。可是这样一来，法兰连接处的截面就不是圆而是椭圆，在设计和加工上都引起麻烦。我们所工厂的工程师陈国幼提出一种新的加工方法解决了这个难题。在工厂加工时，此工件主要由钳工朱大江负责。

下图为1975年12月15日《天津日报》登载的照片，右一人是我，左一人是郑少白。当时这类照片由新华社统发，各地报纸可以选择性登载。