【摘要】：等離子體的密度漲落是研究湍流,L-H轉(zhuǎn)變和粒子輸運(yùn)等物理過程的重要的物理量,尤其是2D(2 Dimension)的等離子體密度漲落還可以直觀的給出湍流的結(jié)構(gòu)等現(xiàn)象。束發(fā)射光譜診斷BES(Beam Emission Spectroscopy)是一種具有高時(shí)空分辨率的2D等離子體密度漲落診斷,它能給出一定的空間范圍內(nèi)的等離子體密度漲落信息。本論文工作完成了 EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)上BES診斷的研制,包括系統(tǒng)光路的設(shè)計(jì)、重要元器件的選擇、診斷系統(tǒng)的搭建、關(guān)鍵元器件的測試和檢驗(yàn)、診斷觀測面的空間標(biāo)定。該診斷已用于EAST物理實(shí)驗(yàn),測量到可靠的等離子體密度漲落數(shù)據(jù)。本論文的主要研究內(nèi)容概括如下:BES診斷系統(tǒng)依賴于EAST裝置的中性束注入NBI(Neutral Beam Injection),診斷測量的信號(hào)是NBI注入等離子體與等離子體發(fā)生一系列的相互作用之后,中性束粒子退激發(fā)而輻射的具有多普勒頻移的特征譜線。論文對EAST裝置的NBI的產(chǎn)生、與等離子體相互作用、輻射BES信號(hào)的全過程進(jìn)行了分析,計(jì)算給出了BES診斷的有效信號(hào)。確定了診斷所測量的有效信號(hào)的譜線,從診斷窗口的選擇、收光系統(tǒng)、信號(hào)探測部分、關(guān)鍵元器件的選擇等方面對BES診斷進(jìn)行了設(shè)計(jì),最終在EAST裝置上完成了 BES診斷的硬件搭建。BES診斷測量多普勒紅移之后的Dα特征譜線,波長為659nm,時(shí)間分辨率為1 us,空間分辨率介于1-3cm之間(芯部分辨率高,邊界分辨率低),診斷區(qū)域可以在歸一化半徑ρ = 0-1.2的范圍移動(dòng),共128道(徑向16 ×極向8或者徑向8 ×極向16)的2D等離子體密度漲落診斷。本診斷是2D診斷,診斷區(qū)域可以在徑向按實(shí)驗(yàn)的需求進(jìn)行調(diào)整,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)必不可少。本診斷的軟件系統(tǒng)采用IDL(Interface Description Language)程序編寫,對診斷的所有參數(shù)設(shè)置和其它的控制命令都采用一一對應(yīng)的編寫方式,并且將這些命令集中在一個(gè)GUI(Graphical User Interface)控制面板,方便診斷的命令設(shè)置和問題排查與解決。本診斷采用的是透射式的光路設(shè)計(jì),當(dāng)系統(tǒng)搭建完畢之后對光路中重要的元器件進(jìn)行了必要的漏光檢測和診斷系統(tǒng)的空間標(biāo)定。通過比較加入光路擋板和未加入光路擋板的信號(hào)透射率,證明了光路不存在漏光現(xiàn)象,證明了光路的合理性。根據(jù)光路可逆性原理,采用硬件的方式完成了診斷的空間標(biāo)定。根據(jù)比對的思想,發(fā)展了軟件空間標(biāo)定方法。在EAST進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)時(shí),通過BES診斷測量到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與低雜波加熱LHW(Low Hybrid Wave)、離子回旋共振加熱 ICRF(Ion Cyclotron Resonant Frequency)以及中性束注入NBI之間的關(guān)系,確定了診斷測量到的信號(hào)只來自于NBI的注入,同時(shí)對NBI注入的響應(yīng)是實(shí)時(shí)的,給出了等離子體密度漲落的2D圖,看到了明顯的湍流模式。對聯(lián)合超快電荷交換復(fù)合光譜診斷UF-CXRS(Ultrafast-Charge eXchange Recombination Spectroscopy)發(fā)展一套診斷等離子體壓強(qiáng)的聯(lián)合診斷的可行性進(jìn)行了前期光信號(hào)通量的模擬計(jì)算。模擬過程中,湯姆遜散射提供了實(shí)驗(yàn)的等離子體密度和電子溫度;Strahl code代碼計(jì)算了碳雜質(zhì)C6+的徑向分布,模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表明,聯(lián)合診斷的光通量完全滿足診斷探測器的要求。
【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)】：TL631.24
【圖文】：

圖１．１邋Ｄｉｌｌ－Ｄ對ＢＥＳ診斷光纖束的升級(jí)示意圖。標(biāo)記為粉紅色區(qū)域的光纖束為逡逑一道ＢＥＳ信號(hào)探測道。逡逑圖１．邋２表示的是ＤＩＩＩ－Ｄ上ＢＥＳ診斷的光路示意圖，圖中灰色的矩形表示的逡逑是環(huán)向磁場線圈，灰色三層的圓柱表示的是ＢＥＳ診斷的收光物鏡，在收光物鏡的逡逑后端是兩個(gè)反射鏡，診斷的光纖束被三軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)固定在反射鏡的后端，光纖的逡逑長度達(dá)４０邋ｍ，直接將實(shí)驗(yàn)信號(hào)引導(dǎo)到位于遠(yuǎn)端的信號(hào)探測器（遠(yuǎn)離中子和Ｙ射線）。逡逑從圖中可以看出，ＢＥＳ診斷測量的是多普勒藍(lán)移信號(hào)，信號(hào)通過收光鏡頭之后在逡逑到達(dá)光纖束陣列之前被兩片折疊反射鏡進(jìn)行了光路的調(diào)節(jié)，實(shí)驗(yàn)信號(hào)最終通過光逡逑纖束到達(dá)后端的濾波片被濾波和信號(hào)探測系統(tǒng)被記錄探測。逡逑９逡逑

ＤＩＩＩ－Ｄ－ＢＥＳ升級(jí)完畢之后，用ＢＥＳ診斷驗(yàn)證了捕食者模型，同時(shí)給出離子體密度漲落，如圖１．邋３所示。每幅密度漲落之間的時(shí)間隔為２似，色實(shí)線表示的是等離子體最外層閉合磁面，黑色的帶箭頭的短線表示的態(tài)程序規(guī)劃時(shí)間延遲法計(jì)算的速度場，淺灰色和黑色的區(qū)域表示的是正，紅色的區(qū)域表示負(fù)漲落，綠色的區(qū)域?yàn)槠胶饷芏�。其相關(guān)成果發(fā)表邋ＰＲＬ邋期刊［１０１］。逡逑態(tài)程序規(guī)劃（Ｄｙｎａｍｉｃ邋ＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇＡｎａｌｙｓｉｓ）的時(shí)間延遲法：如果考慮的問解為許多的子問題，同時(shí)這些子問題之間具有一定的最佳結(jié)構(gòu)，那么就數(shù)學(xué)中的迭代優(yōu)化法找到問題的最優(yōu)解法。逡逑定有兩列時(shí)序信號(hào)和Ｗ邐首先求解他們之間可能存在的所有（不同的／和邋＞），得到一個(gè)“剩余量矩陣”：逡逑Ｋｉ，ｊ）邋＝邋＼Ｍ（ｉ）－Ｎ（Ｊ）＼邐（１－１）逡逑（５－１）中的矩陣／Ｉ邋６）力的大小和兩列時(shí)序信號(hào)長度相關(guān)。假如這兩列信逡逑

ｉ邋１邋６那么假如這個(gè)時(shí)間差ｔ是變化的呢？此時(shí)矩陣＆邋的不再出現(xiàn)在一條直線上，為了找到這個(gè)變化的時(shí)間延遲，根據(jù)動(dòng)態(tài)程序想，找到矩陣＆邋ａｗ中沿何種最佳路徑之和達(dá)到極小值，那么該路徑的時(shí)間延遲，將這個(gè)和記為逡逑Ｈ邋（ｉ，邋７邋—邋１）邋＋邋ｈ｛ｉ，邋７邋—邋１）邋＋邋ｈ｛ｉ，邋７）逡逑＝邋ｍｉｎ邋Ｈ｛ｉ邋－邋ｌ，ｊ邋－邋１）邋＋邋２邋ｘ邋［ｈ（ｉ邋－邋ｌ，ｊ邋－邋１）邋＋邋ｈ（ｉ，ｊ）］邐（１－２）逡逑、邋Ｈ（ｉ邋－邋ｌ，ｊ）邋＋邋ｈ（ｉ邋－邋ｌ，ｊ）邋＋邋ｈ（ｉ，ｊ）逡逑其中／／邋（ｉ，邐的初始條件為：逡逑＝邋＼邐0，邋ｉ＋ｊ邋＝邋ｑ邐（１－３）逡逑［00，＼ｉ邋－邋ｊ＼邋＞邋ｑＭ邋（ｉ＋ｊ）邋＜ｑ逡逑（１邋－３）式中的為在檢索最佳路徑是設(shè)定的最大偏移量，根據(jù)式（１－２）迭代，即可找到最佳的路徑，確定這兩個(gè)時(shí)間序列和ｙＣＰ之延遲，結(jié)合這個(gè)兩個(gè)時(shí)間序列之間的空間距離，可以計(jì)算出速度漲落的，對于２Ｄ的ＢＥＳ診斷，即可獲得２Ｄ的速度漲落時(shí)間演化。逡逑Ｔｉｍｅ邋（ｍｓ）邋１５５７．９７４邐Ｔｉｍｅ邋（ｍｓ）邋１５５７．９７６邐Ｔｉｍｅ邋（ｍｓ）邋１５５７．９７８逡逑

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本文編號(hào)：2776991