在燃燒等離子體中,聚變產(chǎn)物α粒子將首先加熱電子,然后通過碰撞加熱離子,因而電子熱輸運是決定聚變堆性能的一個關(guān)鍵因素。而目前對電子熱輸運的理解相對薄弱,因此有必要進一步研究電子熱輸運的物理機制。研究電子熱輸運就需要得到電子溫度、密度以及磁場等物理量的分布、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就是利用相關(guān)電子回旋輻射(Correlation Electron Cyclotron Emission,CECE)診斷實現(xiàn) EAST 等離子體小幅度電子溫度漲落的測量,并為將來開展多擾動場(溫度場、密度場、磁場)的同時測量打下基礎。論文的第一部分工作是設計CECE的準光學天線系統(tǒng),同時兼顧電子密度漲落測量診斷系統(tǒng)的需求。根據(jù)高斯光學設計準則確定了所需要的鏡子參數(shù),得到了 CECE診斷對應測量位置的束半徑為15.5 mm-18.5 mm,這對應CECE診斷可測量的極向波數(shù)范圍為k_θ2.02cm~(-1)。利用ZEMAX研究了光學元件尺寸對光通量及光學特性的影響,最終確定橢球面鏡尺寸為100 mm,這個尺寸是108 GHz的光束通過橢球面鏡時的束半徑的3倍,是75 GHz的光束通過橢球面鏡時的束半徑的2.3倍。此時,]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)域的真實束腰要比理論計算的束腰大了約1.3%,75 GHz頻率的光束在等離子體區(qū)域的真實束腰要比理論計算的束腰大了約5%。新設計的準光學天線系統(tǒng)已于2017年4月份安裝到EAST上,將在2017年EAST物理實驗中投入使用。論文的第二部分工作是搭建了一套毫米波外差系統(tǒng)來測量等離子體電子回旋輻射信號,并在實驗室對這套系統(tǒng)進行了線性度測試和頻率響應等測試,得到了較好的結(jié)果。利用常規(guī)電子回旋輻射診斷(ECE)的準光學系統(tǒng)對新搭建的外差系統(tǒng)進行了等離子體測試,成功地得到了 EAST等離子體的電子溫度漲落。利用新設計的高空間分辨準光學系統(tǒng)的等離子體測試正在進行中。
【學位單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TL631.24
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 EAST簡介
    1.2 等離子體約束與輸運
    1.3 ECE診斷的物理基礎
        1.3.1 單個電子的輻射
        1.3.2 等離子體輻射
        1.3.3 輻射輸運和ECE測量
    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方案對比
        1.5.3 密度漲落對CECE診斷的影響
        1.5.4 CECE診斷的歷史及發(fā)展趨勢
        1.5.5 EAST發(fā)展CECE診斷的計劃
第二章 EAST CECE準光學天線設計
    2.1 高斯光束基礎理論
        2.1.1 高斯光傳播理論
        2.1.2 高斯光束轉(zhuǎn)換
        2.1.3 準光學系統(tǒng)設計準則
    2.2 準光學系統(tǒng)設計方案
        2.2.1 基于高斯光學的MATLAB模擬程序
        2.2.2 不同設計方案對比
    2.3 光學元件尺寸對光學特征的影響
        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特性
    2.4 準光系統(tǒng)的最終參數(shù)
第三章 外差系統(tǒng)的搭建和實驗室測試
    3.1 外差系統(tǒng)的搭建
    3.2 外差系統(tǒng)的實驗室測試
        3.2.1 中頻線性度測試
        3.2.2 整體線性度測試
        3.2.3 外差系統(tǒng)的頻率響應測試
第四章 EAST等離子體電子溫度漲落測量
    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的準光學系統(tǒng)的測試結(jié)果
        4.2.1 電子溫度漲落測量結(jié)果對比
        4.2.2 CECE不同頻率測試結(jié)果
第五章 總結(jié)與展望
參考文獻
附錄A 用于EAST CECE準光學系統(tǒng)設計的MATLAB程序
附錄B ZEMAX模擬高斯光束操作流程
附錄C YIG濾波器操作說明
附錄D EAST CECE準光學系統(tǒng)設計圖紙和實物圖
附錄E EASTCECE診斷數(shù)據(jù)處理程序
    E.1 CECE信號讀取程序
    E.2 CECE信號處理程序
附錄F EASTECE發(fā)射層寬度計算程序
附錄G 2016年EAST物理實驗CECE測試炮匯總
致謝
在讀期間發(fā)表的學術(shù)論文與取得的研究成果

【參考文獻】

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1 龔先祖;萬寶年;李建剛;錢金平;李二眾;劉甫坤;趙燕平;王茂;徐e醵

本文編號：2827174