【摘要】：論文以國際熱核聚變實驗反應(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,并獲得高時空分辨率的極向輻射分布,通過對軟X射線的測量可以實現(xiàn)對鋸齒、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行的參數(shù)高,造成其周圍環(huán)境復(fù)雜苛刻,軟X射相機處于高溫和真空環(huán)境,信號放大電路處于復(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,進而影響信號分辨;復(fù)雜的電磁干擾耦合到軟X射線診斷系統(tǒng)中,會形成對采集信號的干擾,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(ICRH/ICCD)等會產(chǎn)生高頻電磁干擾。因此設(shè)計出穩(wěn)定可靠、電磁兼容性強的診斷系統(tǒng)才能滿足ITER對軟X射線檢測的需求�；谏鲜龃嬖诘膯栴},本文對軟X射線診斷系統(tǒng)及其電磁兼容進行了詳細分析和深入研究,主要包括ITER環(huán)境中靜態(tài)磁場及擾動磁場分析、電磁屏蔽體結(jié)構(gòu)設(shè)計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,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,為了保護軟X射線診斷系統(tǒng)不受電磁場干擾影響,只能采用被動的電磁防護,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電磁屏蔽效果影響很大,本文使用磁場分析軟件Maxwell對靜態(tài)磁場分布進行分析,并使用HFSS仿真軟件對擾動磁場大小及分布進行仿真,從而得到屏蔽體對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)計使箱體內(nèi)部的靜態(tài)磁場由230mT降低到5mT以下,擾動磁場衰減約為60dB-80dB。其次,介紹了光電二極管探測器自身的參數(shù)對信號采集的影響,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。通過對探測器特性參數(shù)進行分析可知,當環(huán)境溫度發(fā)生變化時,探測器熱噪聲、散射噪聲以及暗電流等也會隨著改變,造成輸出信號中干擾增加。因此通過對探測器進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?shù)姆聪蚱秒妷�。再�?對軟X射線檢測放大電路及其電磁兼容(EMC)進行設(shè)計:主要完成了電源系統(tǒng)噪聲及其完整性分析;設(shè)計了電源EMI濾波器來降低電源系統(tǒng)的噪聲;對電子元件的選擇及電子線路板的布局進行優(yōu)化,并采用SIwave仿真軟件查找電路板上存在的諧振并對其進行抑制。通過信號檢測電路的優(yōu)化及抗干擾設(shè)計,使信號的總體噪聲降至約8mV,從而提高了信號檢測系統(tǒng)的性能。最后介紹了探測器氣體冷卻回路的設(shè)計及實驗。由于DSM處于烘烤階段時,其溫度可以達到240(±10)℃,在氘-氘(D-D)階段正常放電的時候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,影響微弱信號檢測。針對以上問題設(shè)計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探測器進行冷卻,但ITER處于氘-氚放電階段時水容易活化。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)計一種采用氦氣作為冷媒的閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。主要對軟X相機及其冷卻系統(tǒng)進行了熱學仿真,并搭建了烘烤冷卻測試平臺對冷卻回路進行測試。測試結(jié)果表明,在環(huán)境溫度為250℃時,通過冷卻可使探測器的溫度降到65℃以下,從而驗證采用氣體冷卻的方式來保護探測器的可行性。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前被一致認為能獲得可控聚變能的最合適的實驗裝置。托卡馬克裝約束條件下實現(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托卡馬克約束強磁場的位形圖逡逑３逡逑
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TL64

【參考文獻】

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本文編號：2684837