【摘要】：托卡馬克是和平利用聚變能的理想手段。等離子體轉(zhuǎn)動與托卡馬克等離子體的約束和輸運(yùn)密切相關(guān),其已成為托卡馬克物理研究的熱門課題,國內(nèi)外各大裝置積極發(fā)展轉(zhuǎn)動相關(guān)診斷技術(shù),其中電荷交換復(fù)合光譜(CXRS)被認(rèn)為是最為行之有效的測量手段之一。 為開展托卡馬克約束和輸運(yùn)相關(guān)物理問題的研究,本實(shí)驗室致力于發(fā)展一套基于診斷中性束注入器(DNBI)的電荷交換復(fù)合光譜系統(tǒng),增強(qiáng)J-TEXT托卡馬克等離子體診斷方面的實(shí)力。本論文的主要工作目標(biāo)即為診斷中性束注入器及電荷交換復(fù)合光譜光譜儀的設(shè)計與搭建。 J-TEXT診斷中性束注入器的前身是TEXT托卡馬克配套設(shè)備,它曾服務(wù)于多個托卡馬克裝置。為滿足J-TEXT托卡馬克物理實(shí)驗要求,我們對其進(jìn)行重建與升級,重點(diǎn)放在中性束調(diào)制和實(shí)時束參數(shù)測量之上。J-TEXT診斷中性束注入器外圍配套系統(tǒng)(電源、真空、水冷、進(jìn)氣)及多普勒光譜診斷系統(tǒng)重建與升級方案參考主流注入器技術(shù)。為滿足中性束調(diào)制需求建造一套容量350kW PSM電源,使得注入器離子源達(dá)到50kV、6A離子束引出能力,并通過設(shè)置控制程序?qū)崿F(xiàn)調(diào)制比m=0.5的調(diào)制注入。PSM電源具有10ms量級投入、10μs量級打火保護(hù)能力,保障離子源安全運(yùn)行。實(shí)時束參數(shù)測量使用在EAST中性束離子源測試平臺完成的多普勒頻移光譜診斷系統(tǒng)方案,通過50mm焦距鏡頭及多道傳輸光纖組成的收光系統(tǒng)在0.5m焦距Czerny-Turner型光譜儀中獲得注入器不同位置Hα線多能量峰光譜。為計算離子束及中性束參數(shù)開發(fā)一套通用譜線分析程序,在中性束注入實(shí)驗過程中完成多高斯曲線擬合,并利用束-氣體發(fā)射光譜模型及1/e展寬模型計算束能量成分和束散角,掌握中性束參數(shù)從而保證電荷交換復(fù)合光譜獲得正確結(jié)果。 在電荷交換復(fù)合光譜診斷方面,改進(jìn)一套光譜模擬程序,基于J-TEXT托卡馬克等離子體、診斷中性束注入器及光譜儀器參數(shù)條件下,利用相關(guān)物理過程的數(shù)學(xué)模型預(yù)測電荷交換復(fù)合光譜診斷結(jié)果,設(shè)計空間分辨力優(yōu)于1cm、徑向完全覆蓋的多道環(huán)向電荷交換復(fù)合光譜診斷系統(tǒng),并依據(jù)預(yù)測結(jié)果完成配有EMCCD、分辨力達(dá)到034nm/mm的Czerny-Turner型光譜儀搭建。改進(jìn)的光譜模擬程序應(yīng)用于J-TEXT托卡馬克電荷交換復(fù)合光譜系統(tǒng)的信噪比分析,結(jié)果表明由等離子體邊界至芯部信噪比逐漸減小,在任意徑向位置SNR80,能夠達(dá)到速度測量±5km/s、溫度測量±50eV的精度要求。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TL631.24

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4 余文f

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