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击穿是托卡马克等离子体的启动和电流形成的基础。成功击穿需要满足一定的条件。迄今为止,受限于自由电子数量、初始磁通(伏秒数)、零场区以及预充气体气压等,为了完成有效的预电离,通常采用一些射频波(RF)加热手段辅助电离。DШ-D、JT-60U、TEXTOR-94等装置都实现了RF加热下的低环电压启动。对于J-TEXT等中小型托卡马克装置来说,这些方法过于复杂且造价也比较昂贵。此外,由于超导线圈电压的限制,ITER设计允许的最大环向电场场强为0.3V/m。因此探索一种简单可靠、经济易行的辅助击穿方案具有重要的研究价值。 电场漂移电子注入是一种全新的将电子注入托卡马克装置的方法。其基本思想是:在等离子体外侧垂直于托卡马克纵向磁场的方向外加可控的电场,热阴极发射电子,电子在正交的电场和磁场作用下做漂移运动,漂移速度E×B/B2,从而实现电子注入托卡马克装置。 本文通过设计搭建J-TEXT电场漂移电子注入系统,包括注入器腔体、热阴极、真空系统、电源系统以及控制和采集系统等。在此基础上,做了一系列的实验研究。测试了阴极发射性能,研究了纵场、极板电压、极板位置等对注入电流的影响以及电子注入到真空室以后的分布情况,最后还做了电子注入下的低环电压启动实验。 通过电子注入方法,成功实现了低环电压启动;而且在相同条件下,投入电子注入系统有效减小了击穿延迟时间。这说明,电子注入能改善击穿的理论是可行的。