【摘要】：中國聚變工程試驗堆(CFETR),是一個為了填補國際熱核聚變實驗堆(ITER)和未來聚變示范堆(DEMO)之間的技術差距而設計的托卡馬克裝置,它的主要科學目標是獲得Ⅰ期200MW和Ⅱ期1GW的聚變功率、演示聚變堆的穩(wěn)態(tài)運行(運行因子為0.3-0.5)以及實現氚的自持(氚增值比大于1.0)。診斷系統(tǒng)是托卡馬克裝置的重要子系統(tǒng),是裝置保護、基本控制以及改善等離子體表現的重要方式。CFETR診斷系統(tǒng)的設計是一項重要而富有挑戰(zhàn)的研究工作。本論文主要包括以下四部分內容。第一部分介紹的是ITER診斷系統(tǒng)。ITER將集成當今國際受控磁約束核聚變研究的主要科學和技術成果,因此可以在消化和吸收ITER診斷系統(tǒng)的基礎上設計CFETR診斷系統(tǒng)。ITER診斷系統(tǒng)復雜而全面,將利用涵蓋了磁、激光、微波、光譜、中子和聚變產物等領域的約70項診斷系統(tǒng)提供近100項測量參數。第二部分為本論文的主體內容,介紹了目前CFETR診斷系統(tǒng)概念設計的進展。首先評估了 CFETR診斷系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn),計算了 CFETR環(huán)境下的中子壁負載、中子通量和中子積分通量的值;然后給出了 CFETR診斷系統(tǒng)的設計流程;接著根據CFETR Ⅰ期和Ⅱ期的不同特點,給出了 CFETR診斷系統(tǒng)的規(guī)劃,提出了在CFETR前期和后期分別采用ITER-like和面向DEMO的兩套診斷方案;最后闡述了三個具有不同功能和冗余度的ITER-like診斷系統(tǒng)方案,并對這些診斷技術在應用到CFETR環(huán)境下可能面臨的挑戰(zhàn)做了描述。第三部分為CFETR診斷窗口集成設計研究,描述了診斷窗口集成的挑戰(zhàn)、診斷窗口集成的流程以及診斷子系統(tǒng)布局時需要考慮的因素;利用CATIA軟件對CFETR裝置和診斷窗口插件進行了三維建模,并將偏振干涉儀、H-α光譜和可見紅外成像三項診斷子系統(tǒng)集成到同一個診斷窗口上。第四部分介紹的是一項面向反應堆診斷的先行研究工作:遠紅外激光補償干涉儀的系統(tǒng)設計。在未來的聚變堆裝置條件下,用于電子密度測量的短波長遠紅外激光干涉儀將面臨振動誤差的嚴重問題。補償干涉儀利用雙波長激光同時測量的方法,將振動誤差從測量結果中消除,是未來聚變堆的遠紅外診斷的必要技術。本部分內容首先介紹了補償干涉儀的基本原理;其次利用雙聲光調制器獲得了1MHz的調制信號,并測定了其穩(wěn)定性;然后準確測量了納米級別的精細位移。最后,基于EAST托卡馬克裝置的環(huán)境條件,完成了補償干涉儀的系統(tǒng)設計。
[Abstract]:The China Fusion Engineering Test reactor (CFETR),) is a Tokamak device designed to fill the technical gap between the international thermonuclear fusion test reactor (ITER) and the future fusion demonstration reactor (DEMO). Its main scientific goal is to obtain the fusion power of stage I 200MW and phase II 1GW, demonstrate the steady-state operation of the fusion reactor (the operating factor is 0.3-0.5) and realize the self-sustaining of tritium (tritium increment ratio is greater than 1.0). Diagnosis system is an important subsystem of Tokamak device, and it is an important way to protect, control and improve plasma performance. The design of CFETR diagnostic system is an important and challenging research work. This paper mainly includes the following four parts. The first part introduces the ITER diagnostic system. ITER will integrate the main scientific and technical achievements of the international controlled magnetic confinement fusion research. So we can design a CFETR diagnostic system based on digesting and absorbing ITER diagnostic system. ITER diagnostic system is complex and comprehensive. It will use magnetic, laser, microwave, spectrum, About 70 diagnostic systems in areas such as neutrons and fusion products provide nearly 100 measurement parameters. The second part is the main content of this paper, and introduces the development of conceptual design of CFETR diagnosis system. The challenges faced by CFETR diagnostic system are evaluated, and the values of neutron wall load, neutron flux and neutron integral flux under CFETR environment are calculated, and then the design flow of CFETR diagnosis system is given. Then according to the different characteristics of CFETR stage I and II, the programming of CFETR diagnosis system is given, and two sets of diagnostic schemes, ITER-like and DEMO oriented, are put forward in the early stage and the later stage of CFETR, respectively. At last, three schemes of ITER-like diagnosis system with different functions and redundancy are introduced, and the challenges that these diagnostic techniques may face in CFETR environment are described. The third part is the research of CFETR diagnostic window integration design. It describes the challenge of diagnosis window integration, the process of diagnosis window integration and the factors to be considered in the layout of diagnosis window. The 3D modeling of CFETR device and diagnostic window plug-in is carried out by using CATIA software, and the three diagnostic subsystems of polarization interferometer, H- 偽 spectrum and visible infrared imaging are integrated into the same diagnostic window. The fourth part introduces a research work for reactor diagnosis: the system design of far infrared laser compensation interferometer. Under the condition of future fusion reactor devices, the short-wavelength far-infrared laser interferometer for electron density measurement will face the serious problem of vibration error. Compensation interferometer is a necessary technique for far-infrared diagnosis of fusion reactor in the future. The method of simultaneous measurement of dual-wavelength laser is used to eliminate the vibration error from the measured results. In this part, the basic principle of compensated interferometer is introduced, then the modulation signal of 1MHz is obtained by using dual-acoustooptic modulator and its stability is measured, and the fine displacement of nanometer level is measured accurately. Finally, based on the environmental conditions of EAST tokamak, the system design of compensation interferometer is completed.
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TL64

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本文編號：2303702