J-TEXT装置ECRH控制系统研究

发布时间：2020-05-20 21:44

【摘要】：电子回旋共振加热(electron cyclotron resonance heating,ECRH)是磁约束聚变装置重要的等离子体辅助加热手段之一。其原理是将特定频率的电子回旋波注入到等离子体中使其共振吸收从而加热等离子体。目前ECRH系统被广泛应用于国内外各大托卡马克装置上。为了能在J-TEXT装置中开展相关的物理实验研究,华中科技大学聚变所正在搭建一套200kW/60GHz/0.5s的ECRH系统。ECRH系统是一套复杂的工程系统,涉及波源、电源、冷却、传输线、天线和微波功率测量等多个子系统,需要一套稳定可靠的控制系统保障ECRH系统安全、高效、稳定的运行。本文主要工作围绕J-TEXT装置ECRH控制系统展开,主要包括系统的信号控制需求分析、控制系统硬件和软件设计以及控制系统整体测试等三个部分。第一部分为第一章和第二章,首先详细介绍了托卡马克与电子回旋共振加热、J-TEXT托卡马克装置上ECRH系统以及控制系统研究背景;然后对J-TEXT装置ECRH系统中的控制信号进行需求分析,详细介绍了每个信号的类型、隔离传输方式和终端等参数。第二部分为第三章,根据控制信号的需求分析结果设计了一套硬件基于NI CompactRIO平台,软件基于NI LabVIEW语言编程的控制系统,用于ECRH系统的监测、控制、保护和采集。因ECRH系统高压隔离快速保护的需要,针对不同类型的高压信号需求设计了不同的隔离电路。第三部分为第四章,主要介绍ECRH控制系统测试实验结果。系统运行时,上位机可实时监测ECRH系统的运行情况。采集数据显示,控制系统发出的时序与上位机设定时序相同,故障发生时FPGA在小于10μs的时间内响应并迅速关断主高压电源,故障保护时间能满足ECRH系统的要求。实验结果表明该控制系统稳定可靠、抗干扰能力强,能满足J-TEXT装置ECRH系统的运行需求。
【图文】：

回旋管,实物

3图 1.2 J-TEXT 装置 ECRH 系统回旋管实物图统中大部分的子系统如：主高压电源、水系统、超导磁体、冷却系统、灯丝是为回旋管而设计的。回旋管的工作原理是：通过灯丝产生高密度电子束磁场加在电子束中，使其呈螺旋形上升。这种螺旋轨迹的频率与磁场和电当旋转的频率约等于管中谐振腔谐振频率时，就会激发出微波。J-TEXT 装系统的回旋管采用的是基于英国卡拉姆科学中心（The Culham Science Cen六支回旋管（参数如下表）。

超导磁体,内部结构,主线圈

率 60 GHz功率 200 kW压 80 kV流 8A率 ~ 32%时间 0.5s（VGE-8006C）/ 5s （VGE-8006G）比 1.46%（VGE-8006C）/ 1.8%（VGE-8006G）VGE-8006C 和 VGE-8006G 是两种不同型号的回旋管，只有脉冲不一样，其他参数一致）统产生电子回旋上升所需的磁场，，决定微波功率的大小的一个主要如图 1.3 所示，J-TEXT 装置 ECRH 系统超导磁体内部结构主要由 L空层及主线圈构成。主线圈产生正常工作所需的磁场。主线圈浸泡到超导状态。LN2层和真空层主要为了防止 LHe 消耗、起到隔绝用[27]。
【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

【参考文献】