在燃燒等離子體中,聚變產(chǎn)物α粒子將首先加熱電子,然后通過(guò)碰撞加熱離子,因而電子熱輸運(yùn)是決定聚變堆性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。而目前對(duì)電子熱輸運(yùn)的理解相對(duì)薄弱,因此有必要進(jìn)一步研究電子熱輸運(yùn)的物理機(jī)制。研究電子熱輸運(yùn)就需要得到電子溫度、密度以及磁場(chǎng)等物理量的分布、漲落量的幅度以及它們之間的相位關(guān)系。本碩士論文的主要目標(biāo)就是利用相關(guān)電子回旋輻射(Correlation Electron Cyclotron Emission,CECE)診斷實(shí)現(xiàn) EAST 等離子體小幅度電子溫度漲落的測(cè)量,并為將來(lái)開(kāi)展多擾動(dòng)場(chǎng)(溫度場(chǎng)、密度場(chǎng)、磁場(chǎng))的同時(shí)測(cè)量打下基礎(chǔ)。論文的第一部分工作是設(shè)計(jì)CECE的準(zhǔn)光學(xué)天線系統(tǒng),同時(shí)兼顧電子密度漲落測(cè)量診斷系統(tǒng)的需求。根據(jù)高斯光學(xué)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則確定了所需要的鏡子參數(shù),得到了 CECE診斷對(duì)應(yīng)測(cè)量位置的束半徑為15.5 mm-18.5 mm,這對(duì)應(yīng)CECE診斷可測(cè)量的極向波數(shù)范圍為k_θ2.02cm~(-1)。利用ZEMAX研究了光學(xué)元件尺寸對(duì)光通量及光學(xué)特性的影響,最終確定橢球面鏡尺寸為100 mm,這個(gè)尺寸是108 GHz的光束通過(guò)橢球面鏡時(shí)的束半徑的3倍,是75 GHz的光束通過(guò)橢球面鏡時(shí)的束半徑的2.3倍。此時(shí),]08 GHz頻率的光束的光通量是99.5%,75 GHz頻率的光束的光通量是95.5%,108 GHz頻率的光束在等離子體區(qū)域的真實(shí)束腰要比理論計(jì)算的束腰大了約1.3%,75 GHz頻率的光束在等離子體區(qū)域的真實(shí)束腰要比理論計(jì)算的束腰大了約5%。新設(shè)計(jì)的準(zhǔn)光學(xué)天線系統(tǒng)已于2017年4月份安裝到EAST上,將在2017年EAST物理實(shí)驗(yàn)中投入使用。論文的第二部分工作是搭建了一套毫米波外差系統(tǒng)來(lái)測(cè)量等離子體電子回旋輻射信號(hào),并在實(shí)驗(yàn)室對(duì)這套系統(tǒng)進(jìn)行了線性度測(cè)試和頻率響應(yīng)等測(cè)試,得到了較好的結(jié)果。利用常規(guī)電子回旋輻射診斷(ECE)的準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)新搭建的外差系統(tǒng)進(jìn)行了等離子體測(cè)試,成功地得到了 EAST等離子體的電子溫度漲落。利用新設(shè)計(jì)的高空間分辨準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)的等離子體測(cè)試正在進(jìn)行中。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TL631.24
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 EAST簡(jiǎn)介
    1.2 等離子體約束與輸運(yùn)
    1.3 ECE診斷的物理基礎(chǔ)
        1.3.1 單個(gè)電子的輻射
        1.3.2 等離子體輻射
        1.3.3 輻射輸運(yùn)和ECE測(cè)量
    1.4 ECE診斷系統(tǒng)
        1.4.1 外差系統(tǒng)
        1.4.2 邁克爾遜干涉儀
        1.4.3 法布里-鉑羅干涉儀
        1.4.4 光柵光譜儀
        1.4.5 EAST ECE診斷系統(tǒng)
        1.4.6 ECE測(cè)量電子溫度漲落的限制
    1.5 CECE診斷
        1.5.1 CECE診斷的原理
        1.5.2 不同CECE方案對(duì)比
        1.5.3 密度漲落對(duì)CECE診斷的影響
        1.5.4 CECE診斷的歷史及發(fā)展趨勢(shì)
        1.5.5 EAST發(fā)展CECE診斷的計(jì)劃
第二章 EAST CECE準(zhǔn)光學(xué)天線設(shè)計(jì)
    2.1 高斯光束基礎(chǔ)理論
        2.1.1 高斯光傳播理論
        2.1.2 高斯光束轉(zhuǎn)換
        2.1.3 準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
    2.2 準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
        2.2.1 基于高斯光學(xué)的MATLAB模擬程序
        2.2.2 不同設(shè)計(jì)方案對(duì)比
    2.3 光學(xué)元件尺寸對(duì)光學(xué)特征的影響
        2.3.1 ZEMAX模擬高斯光束傳播
        2.3.2 不同橢球面鏡尺寸下的光學(xué)特性
    2.4 準(zhǔn)光系統(tǒng)的最終參數(shù)
第三章 外差系統(tǒng)的搭建和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試
    3.1 外差系統(tǒng)的搭建
    3.2 外差系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試
        3.2.1 中頻線性度測(cè)試
        3.2.2 整體線性度測(cè)試
        3.2.3 外差系統(tǒng)的頻率響應(yīng)測(cè)試
第四章 EAST等離子體電子溫度漲落測(cè)量
    4.1 CECE診斷的數(shù)據(jù)處理
        4.1.1 電子溫度漲落數(shù)據(jù)處理
        4.1.2 MATLAB處理電子溫度漲落數(shù)據(jù)
    4.2 利用常規(guī)ECE的準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果
        4.2.1 電子溫度漲落測(cè)量結(jié)果對(duì)比
        4.2.2 CECE不同頻率測(cè)試結(jié)果
第五章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
附錄A 用于EAST CECE準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的MATLAB程序
附錄B ZEMAX模擬高斯光束操作流程
附錄C YIG濾波器操作說(shuō)明
附錄D EAST CECE準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙和實(shí)物圖
附錄E EASTCECE診斷數(shù)據(jù)處理程序
    E.1 CECE信號(hào)讀取程序
    E.2 CECE信號(hào)處理程序
附錄F EASTECE發(fā)射層寬度計(jì)算程序
附錄G 2016年EAST物理實(shí)驗(yàn)CECE測(cè)試炮匯總
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果

【參考文獻(xiàn)】

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1 龔先祖;萬(wàn)寶年;李建剛;錢金平;李二眾;劉甫坤;趙燕平;王茂;徐e醵

本文編號(hào)：2827174