中性束注入(NBI)是磁約束核聚變裝置中最重要的輔助加熱手段,強流束源是整個中性束注入裝置上的關鍵部件。其中,源等離子體參數(shù)和束強度空間分布會直接影響中性束的加熱效果和中性束裝置的安全、穩(wěn)態(tài)運行。因此,研究強流束源診斷技術并開發(fā)診斷設備具有重要的工程應用價值。光學發(fā)射光譜作為一種非侵入式測量方法,具有無污染、實時、在線與原位測量的優(yōu)點,可以給出等離子體電子溫度、電子密度、粒子種類和束強度空間分布等重要信息,是強流束源認知的最佳診斷選擇。論文的主要工作是利用光學發(fā)射光譜法,基于粒子數(shù)模型,對強流束源進行光譜測量和實驗研究,概括為以下幾點:1、從等離子體發(fā)射光譜原理出發(fā),闡述了等離子體參數(shù)與輻射光譜之間的關系,分析了低溫等離子體中常用的粒子數(shù)計算模型。介紹了部分局部熱力學平衡模型的判斷依據(jù)和計算過程。分析了氬碰撞輻射模型和氫原子碰撞輻射模型的組成粒子、反應過程、速率系數(shù),采用氬氙原子譜線比計算電子溫度,氬離子譜線比計算電子密度;對激發(fā)態(tài)氫原子的五種激發(fā)途徑進行了理論分析,采用氫原子巴耳末系譜線比測量等離子體參數(shù)。介紹了束發(fā)射光譜產(chǎn)生機制,闡述了束發(fā)射光譜診斷原理。2、基于光譜診斷原理,研制了一套測量波段為400-900nm的源光譜診斷系統(tǒng)和一套束發(fā)射光譜診斷系統(tǒng),主要包括前置收光部件、光纖、光柵光譜儀、探測器、觸發(fā)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng),介紹了各部件的關鍵性能參數(shù)、進行了物鏡的性能測試和模擬分析,完成了光學發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)的設計與搭建。3、基于部分局部熱力學平衡模型,根據(jù)通用的玻爾茲曼分布和修正的沙哈方程,給出電子溫度和離子密度。結果表明,部分局部熱力學平衡模型可能不適用于強流束源診斷,并分析了該模型的局限性;鑒于熱陰極弧源在EAST裝置上的發(fā)展及運行,將源光譜診斷系統(tǒng)應用于熱陰極離子源診斷測量,通過與朗繆爾探針測量結果對比,獲得了初步的實驗結果,驗證了光學發(fā)射光譜測量等離子體參數(shù)的可行性和準確性;進一步將發(fā)射光譜診斷應用于NBI射頻離子源,測量了源等離子體電子溫度和電子密度隨放電參數(shù)的演化;由于診斷氣體充入對射頻等離子體放電有一定的干擾,開發(fā)了一種氫原子碰撞輻射模型,并獲得了初步的實驗結果。將光學發(fā)射光譜作為一種常規(guī)、在線的監(jiān)測診斷手段,在不同放電條件下,對強流束源等離子體的放電特性進行分析研究。將束發(fā)射光譜光譜診斷系統(tǒng)用于NBI裝置測試平臺,完成了束發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)的測試,獲得了NBI束線中性化室出口處束強度空間分布的初步實驗結果,分析結果表明,在束流傳輸過程中引出束流向下偏移。
【學位單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TL631
【部分圖文】：

子經(jīng)過漂移段注入托卡馬克中，完成中性束注入加熱。ＥＡＳＴ－ＮＢＩ系統(tǒng)由束逡逑源、束線本體、電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)等構成。中性束注入系統(tǒng)組成如逡逑圖１．１所示。逡逑電網(wǎng)邐｜ＮＢ丨低渴卜匕丨低溫中心逡逑邐＾釘田芷邋／邋負高邋１＿＿＿—邐：｜逡逑：：弧流電a傘揄㈠濉觥觶ⅲⅰ觥觥觥觥鰣危蓿迊藉義希㈠危掊五迤鰲嗚瓇|系統(tǒng)丨廣：逡逑．ｒｚｚ＾＿＿邋Ｗ逡逑丨蝎邐—＾緩沖器電源邐］一－邐逡逑：ｉ作氣體供氣子系統(tǒng)＊r樂醇爸А跺義希掊澹桑懾危潁ㄖ嬋障擔插喂┢刀咤義希睿猓槭鋃縣五五澹蟈五危椋麇義舷低常у澹危攏卞邋�？治逦ō环辶x嚇≈葡低常劍澹晗低沖義希澹桑睿簦澹潁媯幔悖邋義仙銜蛔蕓劐義賢跡保敝行允⑷胂低匙槌墑疽饌煎義希保玻澹敝行允⑷爰尤仍礤義希皺義現(xiàn)行允⑷爰尤壤礪塾桑剩澹蹋幔酰澹蠔停牽澹牽椋猓螅錚盍轎豢蒲腥嗽碧岢觶郟玻牽藎清義先銜行粵Ｗ郵梢隕氳角看懦〉敝校ü氳繾踴蛘呃胱擁吶鱟捕壞繢�。辶x希沖義

本文編號：2833719