EAST托卡马克上光纤电流传感器的研制与实验应用

发布时间：2020-05-04 10:42

【摘要】：磁约束核聚变是目前人类解决能源问题最有希望的途径之一,托卡马克装置则是目前最有希望进入实际应用的磁约束聚变装置类型。对等离子体电流与极向场电流进行精确测量是托卡马克装置运行的基础。基于偏振光法拉第效应的光纤电流传感器在工业界已经取得了非常成功的应用,对于稳态托卡马克装置,电流传感器要能在复杂情况下长时间高精度的工作,而光纤电流传感器相比于传统电流传感器有着许多无可比拟的优势。一套由2台光纤等离子体电流传感器和12台光纤极向场电流传感器组成的光纤电流测量系统已经成功的安装并运行在EAST装置。本论文首先介绍了闭环控制的反射式光纤电流传感器的工作原理。针对EAST极向场母排处会有较大的温度波动,使用了多种手段对光纤电流传感器传感头进行了温度漂移补偿。使用Allan方差法对传感器的噪声来源进行了分析并以此为依据建立了光纤电流传感器的噪声模型。由于EAST极向场母排的排列非常密集,对安装于其中的光纤传感头会造成一定的磁串扰,通过对传感头结构的研究给出了传感头磁串扰的模型,并根据该模型提出了传感头磁串扰的抑制方案。在实际使用中这12台传感器都表现出了很好的测量精度。针对EAST每轮实验前的真空室高温真空烘烤;装置在运行时因为巨大的电磁力冲击而出现震动,聚变反应产生的大量中子辐射以及装置周围严苛的电磁环境。对光纤电流传感器的相关部件展开了真空高温烘烤老化研究测试,震动冲击响应研究与测试,中子辐照效应研究与测试以及电磁干扰研究测试,有力的论证了将光纤电流传感器用于EAST装置等离子体电流测量的可行性。开发了将保偏光纤从真空室引出至大气环境的高性能保偏光纤真空穿墙法兰。研究了光纤电流传感器标度系数非线性误差的来源,在安装前进行了非线性误差的标定补偿。针对EAST真空室内部复杂的安装环境,给出了切实可行的光纤传感头安装方案。实际测试中,这两台传感器在EAST装置上不仅对电流的测量精度非常好,对于等离子体破裂期间快速变化的等离子体电流也进行了成功响应。光纤等离子体电流传感器已用于EAST装置等离子体放电的反馈控制。
【图文】：

图１．１全球能源需求统计１１１逡逑目前人类关于能源获取的研究聚焦于核能的开发应用上

EAST托卡马克上光纤电流传感器的研制与实验应用

同心圆磁场下的不同带电粒子的派移i=i
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL631.24;TP212

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