J-TEXT诊断中性束离子源参数分析与优化

发布时间：2020-05-03 16:34

【摘要】：在聚变等离子体物理研究领域,离子温度和转动速度是十分重要的物理重要参数,它们对于研究等离子体约束、能量输运、动量输运及杂质输运有十分重要的意义。这些参数的获得需要相关诊断技术,其中电荷交换复合光谱(CXRS)被认为是最有效的技术之一。J-TEXT实验室目前正在建设一套基于诊断中性束注入(DNB)的电荷交换复合光谱系统,用于诊断等离子体的离子温度剖面与转动速度剖面。基于此系统可大幅提高J-TEXT托卡马克的诊断能力。本文系统分析了DNB离子源放电参数对其产生的等离子体参数的影响,利用光谱技术实现了对束参数的测量,为保障DNB系统的高参数稳定运行奠定了基础。J-TEXT DNB系统的离子源是热阴极离子源,离子源的工作参数(放电气压、灯丝电压和弧电压)会影响等离子体密度和电子温度,从而影响弧流强度和电离产物,进而决定中性束流强和束能量成分的比例。放电气压越大、灯丝电压越高、弧电压越高得到的弧流越大,但是提高的放电气压会造成电子温度的降低。通过调整离子源工作参数进行起弧实验并用双线法测量电子温度,得到了比较合适的离子源工作参数参数:放电气压0.27Pa,灯丝电压11V,空载弧压250V。为了进一步分析离子源的工作状态,本文搭建了一套多通道多普勒频移光谱(DFSS)系统。通过DFSS能计算多个中性束流参数:由多普勒频移效应测量中性束能量成分及其分布,由外推法反演测量束流径向密度分布,由1/e谱线展宽和几何法测量束散度。在24kV加速电压下,得到的初步实验结果:全能量成分比例约为10%,加速极后2m处束流直径为8.1cm,束流散角约为3.3°。实验结果表明DFSS系统能够满足实时检测中性束流品质的要求,为CXRS分析提供参考。
【图文】：

梯度分布,束源

图 2-1 DNB 束源系统1）离子源，DNB系统离子源采用的是多磁极会切热阴极离子源，主体产生和引出两大部分。通过工作气体放电形成等离子体，然后通过多离子引出，，并在加速过程中聚焦成所需光学特性的离子束。2）中性化室，利用离子源输出的顺流气体作转换靶（通过补气和低性化室气压），将高能离子中性化。它是一个紧接加速电极、长约一，采用去离子水冷却。3）偏转磁铁和离子吞食器，偏转磁铁的作用是将经过中性化室后未化室中再电离产生的带电粒子泄放到的水冷吸收靶上，防止带电离子进入托克马克。4）束流限制器，在DNB束流系统的束线上设置有多个束流限制器，其径及散角；在主真空室与漂移管道间形成气压的梯度分布，形成有利压环境。

示意图,电源系统,示意图,灯丝

主抽气系统采用抽速为610 L/s的低温泵，前级抽和机械泵。B 电源系统统如图2-2所示，主要包括9套子电源系统，下面分别进行简要弧和缓冲器电源的电路拓扑是一致的，如图2-3所示，它们的经不控整流，Buck调压，有源逆变，隔离变压器高压隔离和出。这6套电源正常工作时均悬浮在加速极电压上，悬浮电位用隔离变压器进行高压隔离。源最大输出电压为12V，输出电流为160～180A，它的作用是始的热电子。为了防止冷灯丝因电阻过小出现过流，灯丝电工作电压，使灯丝电阻逐渐因发热变大，保证灯丝电流不会在弧电压脉冲加上之前，灯丝达到足够的温度能够发射足够的弧流。电压上升时间为6s。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL631.24

【参考文献】