【摘要】：論文以國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)使用的軟X射線診斷系統(tǒng)為背景開展相關(guān)研究,該診斷主要用于測量等離子體輻射的軟X射線,并獲得高時(shí)空分辨率的極向輻射分布,通過對(duì)軟X射線的測量可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋸齒、魚骨模等磁流體(MHD)現(xiàn)象的物理研究。由于ITER托卡馬克裝置等離子體運(yùn)行的參數(shù)高,造成其周圍環(huán)境復(fù)雜苛刻,軟X射相機(jī)處于高溫和真空環(huán)境,信號(hào)放大電路處于復(fù)雜的電磁環(huán)境中。高溫環(huán)境很容易使探測器參數(shù)及性能發(fā)生改變,造成干擾增加,進(jìn)而影響信號(hào)分辨;復(fù)雜的電磁干擾耦合到軟X射線診斷系統(tǒng)中,會(huì)形成對(duì)采集信號(hào)的干擾,尤其是大功率電子回旋波加熱(ECRH)及離子回旋共振加熱/電流驅(qū)動(dòng)(ICRH/ICCD)等會(huì)產(chǎn)生高頻電磁干擾。因此設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠、電磁兼容性強(qiáng)的診斷系統(tǒng)才能滿足ITER對(duì)軟X射線檢測的需求�；谏鲜龃嬖诘膯栴},本文對(duì)軟X射線診斷系統(tǒng)及其電磁兼容進(jìn)行了詳細(xì)分析和深入研究,主要包括ITER環(huán)境中靜態(tài)磁場及擾動(dòng)磁場分析、電磁屏蔽體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及屏蔽體的屏蔽效果分析、探測器特性分析及噪聲抑制、電子線路電磁兼容設(shè)計(jì),最后介紹了用來降低探測器溫度的氣體冷卻回路,使探測器性能保持穩(wěn)定。由于ITER裝置中的電磁干擾源無法抑制,為了保護(hù)軟X射線診斷系統(tǒng)不受電磁場干擾影響,只能采用被動(dòng)的電磁防護(hù),即利用屏蔽體來切斷電磁干擾的傳播路徑。由于屏蔽體的結(jié)構(gòu)、線孔、縫隙以及使用的材料對(duì)電磁屏蔽效果影響很大,本文使用磁場分析軟件Maxwell對(duì)靜態(tài)磁場分布進(jìn)行分析,并使用HFSS仿真軟件對(duì)擾動(dòng)磁場大小及分布進(jìn)行仿真,從而得到屏蔽體對(duì)電磁干擾的屏蔽效果。通過仿真確定了屏蔽箱體厚度、箱體結(jié)構(gòu)、線孔結(jié)構(gòu)、縫隙以及箱體材料對(duì)電磁屏蔽效果的影響,通過屏蔽體厚度、結(jié)構(gòu)等優(yōu)化設(shè)計(jì)使箱體內(nèi)部的靜態(tài)磁場由230mT降低到5mT以下,擾動(dòng)磁場衰減約為60dB-80dB。其次,介紹了光電二極管探測器自身的參數(shù)對(duì)信號(hào)采集的影響,主要分析了光電二極管的結(jié)電容、暗電流及其反向偏置電壓等。通過對(duì)探測器特性參數(shù)進(jìn)行分析可知,當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí),探測器熱噪聲、散射噪聲以及暗電流等也會(huì)隨著改變,造成輸出信號(hào)中干擾增加。因此通過對(duì)探測器進(jìn)行冷卻和加反向偏置電壓可以提高探測器的性能,并確定了光電二極管兩端所加的適當(dāng)?shù)姆聪蚱秒妷�。再�?對(duì)軟X射線檢測放大電路及其電磁兼容(EMC)進(jìn)行設(shè)計(jì):主要完成了電源系統(tǒng)噪聲及其完整性分析;設(shè)計(jì)了電源EMI濾波器來降低電源系統(tǒng)的噪聲;對(duì)電子元件的選擇及電子線路板的布局進(jìn)行優(yōu)化,并采用SIwave仿真軟件查找電路板上存在的諧振并對(duì)其進(jìn)行抑制。通過信號(hào)檢測電路的優(yōu)化及抗干擾設(shè)計(jì),使信號(hào)的總體噪聲降至約8mV,從而提高了信號(hào)檢測系統(tǒng)的性能。最后介紹了探測器氣體冷卻回路的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)。由于DSM處于烘烤階段時(shí),其溫度可以達(dá)到240(±10)℃,在氘-氘(D-D)階段正常放電的時(shí)候DSM的溫度大約為140℃,探測器吸收其傳導(dǎo)或輻射過來的熱,造成自身溫度升高。探測器溫度升高會(huì)使自身暗電流增大,探測器的噪聲干擾隨之增加,影響微弱信號(hào)檢測。針對(duì)以上問題設(shè)計(jì)了探測器冷卻回路來降低探測器的溫度。目前很多托卡馬克裝置都是使用低溫水對(duì)探測器進(jìn)行冷卻,但I(xiàn)TER處于氘-氚放電階段時(shí)水容易活化。為了避免水冷卻帶來的活化及其廢水處理等問題,本文設(shè)計(jì)一種采用氦氣作為冷媒的閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。主要對(duì)軟X相機(jī)及其冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了熱學(xué)仿真,并搭建了烘烤冷卻測試平臺(tái)對(duì)冷卻回路進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明,在環(huán)境溫度為250℃時(shí),通過冷卻可使探測器的溫度降到65℃以下,從而驗(yàn)證采用氣體冷卻的方式來保護(hù)探測器的可行性。通過改變冷卻氣體參數(shù)(比如流量、壓力及氣體溫度)可以設(shè)定探測器溫度閾值。
【圖文】：

第１章引言ｓｈｋａ，意思是“環(huán)形室邋”（Ｔｏｒｏｉｄａｌ邋ｃｈａｍｂｅｒ）和“磁線圈邋”（Ｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｃ前被一致認(rèn)為能獲得可控聚變能的最合適的實(shí)驗(yàn)裝置。托卡馬克裝約束條件下實(shí)現(xiàn)熱核聚變的裝置，如果是通過使用超導(dǎo)磁體來產(chǎn)生場，則稱其為超導(dǎo)托卡馬克（Ｔｏｋａｍａｋ）邋［１２，，１３］。逡逑ｉｒｏｎ邋ｌｒａｉ？％ｆ？ｒｉｎ？？ｒ邋ｃｏｉｌｓ逡逑

ｆｏｒ邋｝＞Ｕｍｈ？邋ｃｈａｐｐｉｎｇ邐ｌｏｒｏｉｄｉｉｌ邋ｍａｇｎｅＩｋ邋ｆｉｅｌｄ逡逑ａｎｄ邋ｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｃｏｎｔｒｏｌ逡逑圖１．１托卡馬克的原理結(jié)構(gòu)逡逑Ｔｏｋａｍａｋ邋ｐｌａｓｍａ邋ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑Ｉ邐零丨？邐ｓＢＳ＾Ｉ逡逑ａ＊邋＾ｓｇｎｅｔｋ邋ｆｉｅｌｄ邋ｌｉｎｅｓ逡逑，邋．二邋＇；、）、‘逡逑圖１．２托卡馬克約束強(qiáng)磁場的位形圖逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL64

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2684837