偏濾器是現(xiàn)代托卡馬克裝置上的重要部件,擔負雜質(zhì)粒子的排除與屏蔽等重要任務,同時承受了偏濾器位形等離子體的絕大部分熱負荷,以減少等離子體熱流對其他壁材料的損傷。長期過量的熱流沖擊會造成偏濾器靶板損傷,導致雜質(zhì)粒子濺射,并嚴重影響等離子體約束,這一問題已經(jīng)成為制約ITER及未來聚變反應堆研制的重大挑戰(zhàn)。隨著輔助加熱功率以及等離子體參數(shù)的提升,偏濾器靶板承受的熱負荷將遠超過表面材料的耐受性。因此,發(fā)展相關控制技術,降低等離子體熱流對偏濾器的損傷,以提高裝置使用壽命并改善等離子體放電環(huán)境,已經(jīng)成為磁約束聚變研究中的重要課題。偏濾器靶板的熱負荷特征與邊界等離子體,特別是刮削層等離子體的物理特性有直接的關聯(lián)。通過“兩點模型”分析得到的偏濾器靶板、SOL以及主等離子體間粒子和能量輸運關系,可以獲得兩種降低靶板熱負荷的方法:1.在放電過程中注入一定量雜質(zhì)氣體,增大輻射能量消耗;2.增大上游等離子體密度,實現(xiàn)穩(wěn)定的脫靶等離子體放電,從而降低或完全消除偏濾器靶板與主等離子體的熱接觸。本論文基于EAST實驗及工程條件,建立了完整的輻射偏濾器反饋控制系統(tǒng),實現(xiàn)了對等離子體輻射功率及脫靶態(tài)的主動控制�？刂扑惴ɑ�... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：140 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
符號說明
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 聚變等離子體的點火條件
    1.3 托卡馬克簡介
    1.4 EAST裝置簡介
    1.5 論文內(nèi)容與結構
第二章 輻射偏濾器物理與基本控制方法
    2.1 偏濾器位形與偏濾器主要功能
    2.2 等離子體鞘層理論簡介
    2.3 刮削層的定義與兩點模型
        2.3.1 刮削層橫越磁場輸運的特征
        2.3.2 刮削層平行熱輸運的特征
    2.4 刮削層再循環(huán)特征與脫靶等離子體
    2.5 刮削層雜質(zhì)輻射的基本特點
    2.6 輻射偏濾器反饋控制的基本方法
    2.7 本章小結
第三章 EAST輻射偏濾器反饋控制系統(tǒng)的建立
    3.1 工質(zhì)氣體的選擇
    3.2 受控目標量的計算方法
        3.2.1 輻射功率計算方法
        3.2.2 靶板電子溫度計算方法
        3.2.3 靶板表面溫度診斷簡介
    3.3 反饋控制算法設計
        3.3.1 EAST PCS的算法實現(xiàn)
        3.3.2 PID控制器的基本原理
        3.3.3 診斷數(shù)據(jù)處理
        3.3.4 控制系統(tǒng)執(zhí)行器
    3.4 算法控制邏輯
        3.4.1 輻射反饋控制邏輯
        3.4.2 偏濾器探針數(shù)據(jù)反饋控制邏輯
        3.4.3 靶板表面溫度反饋控制邏輯
        3.4.4 電子溫度與輻射聯(lián)合反饋控制邏輯
    3.5 反饋控制算法測試
        3.5.1 控制算法離線功能測試
        3.5.2 輻射反饋算法的閉環(huán)控制測試
        3.5.3 輻射反饋控制預實驗
    3.6 本章小結
第四章 輻射反饋控制實驗結果與分析
    4.1 輻射功率反饋控制結果
        4.1.1 SMBI反饋控制實驗
        4.1.2 偏濾器閥門反饋控制實驗
        4.1.3 輻射反饋控制在其他實驗中的應用
    4.2 控制系統(tǒng)的可控性與穩(wěn)定性分析
        4.2.1 控制系統(tǒng)的可控范圍
        4.2.2 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性
    4.3 輻射控制對靶板熱負荷的作用
        4.3.1 偏濾器靶板熱流的變化
        4.3.2 偏濾器靶板飽和離子流的變化
    4.4 輻射控制對等離子體物理參數(shù)的影響
        4.4.1 輻射能量分布
        4.4.2 中心等離子體電子與離子溫度
    4.5 本章小結
第五章 脫靶反饋控制算法實驗結果與分析
    5.1 靶板電子溫度反饋控制
        5.1.1 反饋控制實驗結果
        5.1.2 氘化甲烷控制T_(e,div)實驗簡述
    5.2 電子溫度與輻射功率聯(lián)合控制
        5.2.1 總輻射功率與電子溫度聯(lián)合控制
        5.2.2 單道弦輻射與電子溫度聯(lián)合控制
    5.3 飽和離子流反饋控制
        5.3.1 密度爬升脫靶反饋控制
        5.3.2 飽和離子流反饋控制
    5.4 靶板表面溫度反饋控制
    5.5 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
參考文獻
附錄A
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文以及參加學術會議



本文編號：3178888