【摘要】：中性束注入(Neutral Beam Injection,簡(jiǎn)稱NBI)作為加熱機(jī)理最清晰,加熱效果最高的輔助加熱手段之一,被廣泛應(yīng)用于核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的等離子體加熱和電流驅(qū)動(dòng)。隨著磁約束核聚變研究的不斷深入,中性束注入系統(tǒng)向著高能量、高功率、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行不斷發(fā)展。離子源作為中性束注入裝置的核心部件,其運(yùn)行狀態(tài)直接決定了裝置的性能。離子源實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量是掌握離子源運(yùn)行狀態(tài),實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行最直觀、有效的手段。因此,開展離子源實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量技術(shù)的研究對(duì)EAST NBI離子源的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,根據(jù)離子源的實(shí)驗(yàn)參數(shù)特性,開展了離子源實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。通過對(duì)熱陰極離子源的實(shí)驗(yàn)參數(shù)特性分析,結(jié)合物理分析的具體需求,將熱陰極離子源實(shí)驗(yàn)參數(shù)分為低速實(shí)驗(yàn)參數(shù)、高速實(shí)驗(yàn)參數(shù)、弱信號(hào)實(shí)驗(yàn)參數(shù),明確了三類實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。隨著射頻(Radio Frequency,簡(jiǎn)稱RF)離子源技術(shù)的發(fā)展,采用帶阻濾波器(Band Reject Filter,簡(jiǎn)稱BRF)技術(shù)解決了射頻干擾對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的影響,成功的將熱陰極離子源實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到射頻離子源上。在完成實(shí)驗(yàn)參數(shù)精確測(cè)量的基礎(chǔ)上,依據(jù)實(shí)驗(yàn)需要,提出了射頻功率反饋控制系統(tǒng)和銫饋入恒溫控制系統(tǒng)的研制需求。其次,以熱陰極離子源為依托,開展了實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)研究與系統(tǒng)研制。低速實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)采用伏頻(Voltage-to-Frequency,簡(jiǎn)稱VF)、頻伏(Frequency-to-Voltage,簡(jiǎn)稱FV)轉(zhuǎn)換技術(shù),完成了對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的采集與隔離傳輸。高速實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)采用高速數(shù)據(jù)編碼,以及高速光電轉(zhuǎn)換技術(shù),完成了高速模擬量的實(shí)時(shí)采集與隔離傳輸。弱信號(hào)實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)采用輪詢方式完成了反向電子吸收板16路熱電偶信號(hào)的采集,將串口通訊協(xié)議與光電傳感器結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了弱信號(hào)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的隔離傳輸。再次,根據(jù)射頻離子源發(fā)展的需要,針對(duì)低速實(shí)驗(yàn)參數(shù)、高速實(shí)驗(yàn)參數(shù)、弱信號(hào)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的測(cè)量開展了抑制射頻干擾的研究,開發(fā)了射頻離子源功率反饋控制和銫饋入恒溫控制系統(tǒng)。射頻放電環(huán)境下會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)造成射頻干擾。射頻離子源實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)以熱陰極離子源實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)為基礎(chǔ),加入了 BRF解決方案,有效減小了 1MHz射頻功率源的干擾。在解決射頻干擾的基礎(chǔ)上,依據(jù)實(shí)驗(yàn)需求開展了射頻離子源功率反饋控制系統(tǒng)和射頻離子源銫饋入恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。射頻離子源功率反饋控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了匹配網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)控制,保證了射頻入射功率的最大化;射頻離子源銫饋入恒溫控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了銫注入環(huán)境的恒溫控制,為提高離子源放電過程中的負(fù)離子產(chǎn)額奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。最后,依托NBI綜合測(cè)試平臺(tái),對(duì)系統(tǒng)的測(cè)量精度、頻率響應(yīng)、保護(hù)響應(yīng)時(shí)間、控制精度開展了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:低速實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了0～10V,3kHz的正弦測(cè)試;高速實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了-10～10V,1MHz的正弦測(cè)試;弱信號(hào)實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 16路熱電偶,25點(diǎn)/秒的采樣�，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明:離子源實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)為NBI的高功率、長(zhǎng)脈寬穩(wěn)態(tài)運(yùn)行提供了有力的技術(shù)支持。
【圖文】：

ＤＩＩＩ－Ｄ、ＪＴ－６０Ｕ、ＫＳＴＡＲ等聚變裝置均具備兆瓦級(jí)注入能力的中性束逡逑注入系統(tǒng)。中國(guó)于２０１４年開始建造兩條兆瓦級(jí)的中性束注入系統(tǒng)（ＥＡＳＴ邋ＮＢＩ）。逡逑圖１－１給出了兩條束線的具體布局。裝置具備脈寬１０￣１００ｓ、功率４￣８ＭＷ，束逡逑能量５０￣８０ｋｅＶ的運(yùn)行能力【６＂８］。逡逑晨逡逑圖１－１邋ＥＡＳＴ中性束系統(tǒng)布局逡逑１逡逑

邐第１章緒論邐逡逑量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入了邋ＢＲＦ電路，給出了射頻離子源實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的系逡逑統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)解決了射頻環(huán)境下的射頻千擾難題，實(shí)現(xiàn)了射頻離子源實(shí)逡逑驗(yàn)參數(shù)測(cè)量的精確測(cè)量。逡逑最后，依據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，，在射頻離子源實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，給出了射逡逑頻離子源功率反饋控制系統(tǒng)和射頻離子源銫饋入恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。射頻逡逑離子源功率反饋控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了射頻離子源放電過程中入射功率的最大化；射頻逡逑離子源銫饋入恒溫控制系統(tǒng)提高了射頻離子源的負(fù)離子產(chǎn)額；兩款現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)逡逑為射頻離子源的長(zhǎng)脈寬、高功率運(yùn)行提供了有力的技術(shù)支撐。逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TL631.24

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本文編號(hào)：2657002