【摘要】：EAST全超導(dǎo)托卡馬克裝置在國(guó)際上首次成功安裝了ITER-like全鎢上偏濾器,并且準(zhǔn)備將下偏濾器也升級(jí)為全鎢偏濾器結(jié)構(gòu),為EAST高參數(shù)長(zhǎng)脈沖放電實(shí)驗(yàn)研究提供了重要的支持。本論文工作主要基于EAST鎢偏濾器,對(duì)鎢偏濾器探針診斷系統(tǒng)進(jìn)行了研制,并開(kāi)展了鎢偏濾器H-mode高密度脫靶及靶板粒子流控制實(shí)驗(yàn)研究。首先,對(duì)EAST鎢偏濾器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,結(jié)合偏濾器探針測(cè)量理論,設(shè)計(jì)出適用于EAST鎢偏濾器結(jié)構(gòu)的探針診斷系統(tǒng),并對(duì)信號(hào)傳輸系統(tǒng)中的陶瓷接線端子和信號(hào)線轉(zhuǎn)接柜進(jìn)行了設(shè)計(jì);而作為最關(guān)鍵部件的偏濾器探針系統(tǒng),本文針對(duì)鎢銅串管(W/Cu Monoblock)和鎢貼片(W flat-tile)兩種偏濾器靶板結(jié)構(gòu),分別設(shè)計(jì)了兩類偏濾器探針結(jié)構(gòu),以及其在EAST鎢偏濾器上安裝的極向和環(huán)向分布;對(duì)這兩類探針?lè)謩e設(shè)置三種不同形狀探針頭,即球面探針、屋頂形探針和齊平探針,利用ANSYS有限元軟件進(jìn)行了熱力學(xué)分析和對(duì)比,結(jié)果表明,只有齊平探針能夠應(yīng)用于未來(lái)超過(guò)10 MW/m2的偏濾器靶板穩(wěn)態(tài)熱流,且W flat-tile結(jié)構(gòu)靶板具有更好的散熱性能。以matlab軟件為平臺(tái),設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)出一套擁有可視化交互界面的EAST偏濾器探針診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件,大大提高了EAST偏濾器探針診斷數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)信息挖掘的效率。利用EAST偏濾器探針開(kāi)展相關(guān)測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究,分析并對(duì)比了不同探針測(cè)量方式在EAST上的測(cè)量結(jié)果,確定了單探針、雙探針、三探針以及齊平探針在EAST上測(cè)量偏濾器靶板等離子體參數(shù)的方法及條件。然后,對(duì)EAST鎢偏濾器H-mode高密度脫靶特性進(jìn)行了研究,在上單零(USN)反場(chǎng)(B ×Δ7B↑)、純中性束注入(NBI)加熱放電條件下,首次實(shí)現(xiàn)了鎢偏濾器H-mode高密度脫靶,通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),隨著等離子體密度的升高,靶板電子溫度逐漸降低,偏濾器等離子體進(jìn)入脫靶狀態(tài),同時(shí)靶板粒子流出現(xiàn)翻轉(zhuǎn);而且隨著密度的進(jìn)一步升高脫靶現(xiàn)象會(huì)從打擊點(diǎn)附近位置沿著靶板向遠(yuǎn)刮削層區(qū)擴(kuò)展。研究了不同輔助加熱功率大小和類型對(duì)USN反場(chǎng)(B ×ΔB↑)H-mode高密度脫靶密度閾值的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)隨著總加熱功率的升高,脫靶密度閾值也升高,特別在電子回旋(ECRH)和低雜波(LHW)加熱條件下。研究了不同縱場(chǎng)方向?qū)-mode高密度脫靶的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)在EAST裝置上USN反場(chǎng)(B× ΔB↑)放電條件下,內(nèi)靶板等離子體更加容易進(jìn)入脫靶狀態(tài),而外靶板卻需要較高的密度才能進(jìn)入脫靶狀態(tài),但是在USN順場(chǎng)(B ×Δ7 ↓)條件下,內(nèi)外靶板的脫靶密度閾值不對(duì)稱性降低;而且在USN順場(chǎng)(B× ΔB↓)條件下,外靶板等離子體進(jìn)入脫靶狀態(tài)后,其粒子通量升至最大值后趨于穩(wěn)定,并未隨等離子體密度的升高而發(fā)生翻轉(zhuǎn);利用偏濾器區(qū)的電場(chǎng)漂移理論模型對(duì)縱場(chǎng)方向影響內(nèi)外偏濾器等離子體脫靶閾值的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了解釋,為進(jìn)一步開(kāi)展控制靶板熱流粒子流方法研究提供了數(shù)據(jù)支持和理論基礎(chǔ)。最后,探討了偏濾器靶板粒子流控制機(jī)制,依托EAST裝置鎢偏濾器H-mode放電,在USN反場(chǎng)(B × ΔB↑)等離子體放電條件下,以增加工作氣體和雜質(zhì)充氣兩種方式,初步開(kāi)展了偏濾器靶板穩(wěn)態(tài)粒子流控制實(shí)驗(yàn);首次成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)等離子體密度的控制進(jìn)而降低并維持偏濾器靶板粒子流的物理實(shí)驗(yàn);同時(shí),通過(guò)分析EAST裝置上雜質(zhì)充氣的控制參數(shù),確定以Ne雜質(zhì)氣體為輻射源,以靶板離子飽和流密度作為控制參考信號(hào)開(kāi)展了偏濾器靶板粒子流控制實(shí)驗(yàn)研究,并研究了總輻射功率對(duì)靶板粒子流控制的影響規(guī)律,認(rèn)為總輻射功率水平和脫靶狀態(tài)的穩(wěn)定控制對(duì)實(shí)現(xiàn)高性能長(zhǎng)時(shí)間尺度放電條件下靶板熱流粒子流的降低和維持都是至關(guān)重要的,為未來(lái)高參數(shù)長(zhǎng)脈沖放電條件下穩(wěn)態(tài)熱流粒子流控制提供了重要參考。
【圖文】：

線圈（ｋａｔｕｓｈｋａ）幾個(gè)詞的首字母組合而成，通常也可以稱之為環(huán)流器，從Ｔｏｋａｍａｋ逡逑這一單詞的構(gòu)詞中就可以看出其主要的結(jié)構(gòu)組成。經(jīng)過(guò)將近７０年的發(fā)展，托卡逡逑馬克裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行了不斷地發(fā)展和優(yōu)化，如圖１．２所示，現(xiàn)在主流的托卡馬克裝逡逑２逡逑

巴邋ｉｏｉｏ１邐ｉｏ５邐ｉｏ１逡逑ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋［ｂｉｌｌｉｏｎ邋Ｋｅｌｖｉｎ］逡逑圖１．１三種輕核聚變的反應(yīng)截面丨１，２丨逡逑１．２托卡馬克裝置與偏濾器逡逑托卡馬克的基本原理是１９５１年由原蘇聯(lián)科學(xué)家Ｉ．邋Ｅ．邋Ｔａｍｍ和Ａ．邋Ｄ．邋Ｓａｋｈａｒｏｖ逡逑提出的，Ｔｏｋａｍａｋ這一單詞是由俄語(yǔ)中環(huán)形（ｔｏｒｏｉｄ）、腔體（ｋａｍｅｒａ）、磁場(chǎng)（ｍａｇｎｉｔ）、逡逑線圈（ｋａｔｕｓｈｋａ）幾個(gè)詞的首字母組合而成，通常也可以稱之為環(huán)流器，從Ｔｏｋａｍａｋ逡逑這一單詞的構(gòu)詞中就可以看出其主要的結(jié)構(gòu)組成。經(jīng)過(guò)將近７０年的發(fā)展，托卡逡逑馬克裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行了不斷地發(fā)展和優(yōu)化，如圖１．２所示，，現(xiàn)在主流的托卡馬克裝逡逑２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)：2711148