EAST高速真空紫外成像诊断系统的实验研究
发布时间：2022-08-29 17:51
在H模等离子体放电实验中,边界局域模（ELMs）的出现会引起大量的芯部等离子体粒子和能量往刮削层（SOL）的准周期性输运。在EAST长脉冲、高参数运行以及未来聚变堆装置中,这部分粒子与能量沿磁力线到达偏滤器靶板后,会引起严重的靶板溅射以及热负荷过高,导致靶板材料表面损伤,杂质辐射增加,使得等离子体约束下降、偏滤器使用寿命严重下降等严重问题。因此,发展有针对性的诊断技术,对于开展ELM相关物理研究具有重要的实际意义。在EAST装置上,针对EAST典型的H模等离子体放电参数,研制了一套高速真空紫外（VUV）成像诊断系统,并基于该诊断系统开展了初步的边界局域模实验研究。该套系统主要的光学系统部分包括由Mo/Si多层膜反射镜组成的反向卡塞格林光学望远镜,配备P47荧光屏的微通道板探测器（MCP）和CMOS高速相机,其中在MCP前端还安装了一块锆（Zr）滤波片用来过滤掉低能光子对信号的贡献。该系统可以对中心波长为13.5 nm的真空紫外光子进行选择性测量,在EAST装置中,这些光子主要来自于固有杂质C Ⅵ（n=4→2的跃迁）线辐射。通过测量这部分辐射,可以获得等离子体台基区的二维密度涨落信息。实...
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 磁约束核聚变
1.2 托卡马克与EAST装置
1.3 边界局域模不稳定性
1.3.1 高约束H模
1.3.2 边界局域模的影响
1.3.3 边界局域模的分类
1.3.4 剥离气球模模型
1.4 二维成像诊断系统的研究综述
1.4.1 基于主动注入物质与等离子体作用的二维成像诊断
1.4.2 电子回旋辐射成像诊断
1.4.3 测量等离子体辐射的二维成像诊断
1.4.4 真空紫外成像诊断
1.5 论文的内容安排
第2章 EAST高速真空紫外成像诊断系统
2.1 研制背景与意义
2.2 诊断原理
2.3 EAST高速VUV成像诊断系统的组成
2.3.1 光学系统
2.3.1.1 反向卡塞格林望远镜系统
2.3.1.2 微通道板探测器
2.3.1.3 CMOS高速相机
2.3.2 真空维护系统
2.3.3 数据采集系统
2.3.4 远程控制监视系统
2.4 系统部件的测试
2.4.1 反向卡塞格林望远镜系统成像面的位置测试
2.4.1.1 测试目的
2.4.1.2 测试方法
2.4.1.3 测试结果
2.4.1.4 测试结论
2.4.2 相机镜头物像比例测试
2.4.2.1 测试目的
2.4.2.2 测试方法
2.4.2.3 实验结果
2.4.2.4 误差分析
2.4.3 绝缘部件的耐压测试
2.5 等离子体宏观参数对VUV信号强度的影响
2.6 VUV成像系统在ELMyH模放电中的实际应用
2.7 本章小结
第3章 VUV数据分析方法
3.1 时频变换方法
3.1.1 傅里叶变换
3.1.2 短时傅里叶变换
3.1.3 小波变换
3.2 奇异值分解
3.2.1 奇异值分解理论
3.2.2 奇异值分解在VUV图像处理上的应用
3.3 VUV图像模拟方法
3.4 条件平均技术
3.5 VUV信号的预处理
3.6 本章小结
第4章 关于边界局域模ELM的实验研究
4.1 Inter-ELM期间的filament-like结构
4.1.1 Filament-like结构
4.1.2 Filament-like结构的模数分析
4.2 利用条件平均方法提取丝状结构信息
4.3 ELM期间的VUV信号的频谱分析
4.4 本章小结
第5章 高速VUV成像诊断系统的升级
5.1 诊断窗口的升级
5.2 MCP探测器的升级
5.3 支撑结构的升级
5.4 其他系统的升级
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 未来展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]VUV信号强度与等离子体宏观参数相关性分析[J]. 龙飞飞,明廷凤,周凡,李凯,王智君,庄清,吴承瑞,王嵎民,黄娟,臧庆,张涛,刘海庆,高翔. 强激光与粒子束. 2018(04)
[2]基于中性束注入的EAST托卡马克束发射光谱诊断研制[J]. 王华杰,余羿,陈冉,吴一帆,袁博达,龚少博,吕波,石跃江,叶民友,万宝年. 真空科学与技术学报. 2017(06)
[3]Current Status of ICRF Heating Experiments on EAST[J]. 张新军,赵燕平,毛玉周,袁帅,薛迪冶,汪磊,丁家义,秦成明,琚松青,程艳,王成浩,沈俊松,宋云涛,林毅君. Plasma Science and Technology. 2011(02)
[4]A 2450 MHz/2 MW Lower Hybrid Current Drive System for EAST[J]. 赵连敏,单家方,刘甫坤,贾华,王茂,刘亮,王晓洁,徐旵东. Plasma Science and Technology. 2010(01)
[5]全超导托卡马克核聚变实验装置[J]. 李建刚,赵君煜,彭子龙. 中国科学院院刊. 2008(05)
博士论文
[1]切向VUV高速成像诊断系统的数据处理研究[D]. 王智君.中国科学技术大学 2017
[2]托卡马克边缘等离子体带状流及其在L-H模转换过程中作用的实验研究[D]. 孔德峰.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]托卡马克上三维磁场扰动引起的边界磁场拓扑结构改变研究[D]. 贾曼妮.东华大学 2015
本文编号：3678770
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 磁约束核聚变
1.2 托卡马克与EAST装置
1.3 边界局域模不稳定性
1.3.1 高约束H模
1.3.2 边界局域模的影响
1.3.3 边界局域模的分类
1.3.4 剥离气球模模型
1.4 二维成像诊断系统的研究综述
1.4.1 基于主动注入物质与等离子体作用的二维成像诊断
1.4.2 电子回旋辐射成像诊断
1.4.3 测量等离子体辐射的二维成像诊断
1.4.4 真空紫外成像诊断
1.5 论文的内容安排
第2章 EAST高速真空紫外成像诊断系统
2.1 研制背景与意义
2.2 诊断原理
2.3 EAST高速VUV成像诊断系统的组成
2.3.1 光学系统
2.3.1.1 反向卡塞格林望远镜系统
2.3.1.2 微通道板探测器
2.3.1.3 CMOS高速相机
2.3.2 真空维护系统
2.3.3 数据采集系统
2.3.4 远程控制监视系统
2.4 系统部件的测试
2.4.1 反向卡塞格林望远镜系统成像面的位置测试
2.4.1.1 测试目的
2.4.1.2 测试方法
2.4.1.3 测试结果
2.4.1.4 测试结论
2.4.2 相机镜头物像比例测试
2.4.2.1 测试目的
2.4.2.2 测试方法
2.4.2.3 实验结果
2.4.2.4 误差分析
2.4.3 绝缘部件的耐压测试
2.5 等离子体宏观参数对VUV信号强度的影响
2.6 VUV成像系统在ELMyH模放电中的实际应用
2.7 本章小结
第3章 VUV数据分析方法
3.1 时频变换方法
3.1.1 傅里叶变换
3.1.2 短时傅里叶变换
3.1.3 小波变换
3.2 奇异值分解
3.2.1 奇异值分解理论
3.2.2 奇异值分解在VUV图像处理上的应用
3.3 VUV图像模拟方法
3.4 条件平均技术
3.5 VUV信号的预处理
3.6 本章小结
第4章 关于边界局域模ELM的实验研究
4.1 Inter-ELM期间的filament-like结构
4.1.1 Filament-like结构
4.1.2 Filament-like结构的模数分析
4.2 利用条件平均方法提取丝状结构信息
4.3 ELM期间的VUV信号的频谱分析
4.4 本章小结
第5章 高速VUV成像诊断系统的升级
5.1 诊断窗口的升级
5.2 MCP探测器的升级
5.3 支撑结构的升级
5.4 其他系统的升级
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 未来展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]VUV信号强度与等离子体宏观参数相关性分析[J]. 龙飞飞,明廷凤,周凡,李凯,王智君,庄清,吴承瑞,王嵎民,黄娟,臧庆,张涛,刘海庆,高翔. 强激光与粒子束. 2018(04)
[2]基于中性束注入的EAST托卡马克束发射光谱诊断研制[J]. 王华杰,余羿,陈冉,吴一帆,袁博达,龚少博,吕波,石跃江,叶民友,万宝年. 真空科学与技术学报. 2017(06)
[3]Current Status of ICRF Heating Experiments on EAST[J]. 张新军,赵燕平,毛玉周,袁帅,薛迪冶,汪磊,丁家义,秦成明,琚松青,程艳,王成浩,沈俊松,宋云涛,林毅君. Plasma Science and Technology. 2011(02)
[4]A 2450 MHz/2 MW Lower Hybrid Current Drive System for EAST[J]. 赵连敏,单家方,刘甫坤,贾华,王茂,刘亮,王晓洁,徐旵东. Plasma Science and Technology. 2010(01)
[5]全超导托卡马克核聚变实验装置[J]. 李建刚,赵君煜,彭子龙. 中国科学院院刊. 2008(05)
博士论文
[1]切向VUV高速成像诊断系统的数据处理研究[D]. 王智君.中国科学技术大学 2017
[2]托卡马克边缘等离子体带状流及其在L-H模转换过程中作用的实验研究[D]. 孔德峰.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]托卡马克上三维磁场扰动引起的边界磁场拓扑结构改变研究[D]. 贾曼妮.东华大学 2015
本文编号：3678770
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3678770.html
