EAST托卡马克上环向CXRS诊断系统的标定

发布时间：2020-05-27 16:36

【摘要】：本论文主要围绕着EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak)装置上面的环向电荷交换复合光谱(Charge eXchange Recombination Spectroscopy, CXRS)诊断系统的标定工作展开,系统的标定工作可以归纳为三个大的方面,即空间原位标定、波长标定和相对／绝对强度标定。为了确保标定的准确性,一方面在实验开始之前完成了诊断系统的各个标定,另一方面在EAST运行实验期间利用等离子体本身的特性进行了二次标定并与前期的标定结果进行对比。最后通过与其他诊断数据对比,验证了环向CXRS诊断系统的测量结果的准确性。 通过对EAST装置以及主要组成部件的介绍,说明了EAST的功能和目标,明确了CXRS诊断系统的工作环境和平台。从CXRS诊断的原理出发,提出了诊断系统固有的一些问题,强调了CXRS诊断在实验过程中需要注意的事项。 空间原位标定是收光镜头组件在EAST装置里安装完成后进行的,利用真空室内部的几何测量确定了各道观测视线在切向中性束(Neutral Beam Injection, NBI)方向上的空间位置和角度。为了提高标定精度,2015年EAST实验前,利用了真空测量组的机械臂,它能够提供真空室内部每一个点在EAST托卡马克坐标系下的绝对位置。 波长标定是为了确定探测器测量到的谱线的波长值。这项工作从光谱仪的调试阶段就已经开始了,由于CXRS诊断系统要求光谱仪能够进行波长扫描,这就需要把光栅固定在精密旋转台上,在确定波长扫描范围与转台转动的角度关系时完成对波长的标定。由于从直入射狭缝进入光谱仪的光在经过光栅以后导致探测器上的像面弯曲,因此当诊断系统搭建完成以后对于每一道观测光路的光纤都要进行单独的波长标定；在实验运行过程中为了防止诊断系统特别是收光镜头组件受到周围环境的影响出现波长整体漂移的现象,还选出了三道光纤用标准灯照亮以实现波长的实时标定。 强度标定是在上述两项工作完成以后进行的,将绝对强度已知的积分球均匀光源放置于EAST真空室内专门设计的光学标定平台上,通过调整光源的位置使得光源出口分别对准每一道观测光路,用位于光谱仪出口处的CCD (Charged Coupled Device)探测器记录下对应的曝光时间以及探测器计数从而得到每一道观测光路的绝对强度校正系数。 在EAST实验运行期间,利用CXRS诊断系统获得的初步结果对前期的标定工作进行了校正。首先利用CCD探测器上获得的经过了多普勒频移的Da谱线计算了观测视线与切向NBI的角度,从不同炮号和不同光谱仪获得的结果来看,实验计算出来的结果与空间标定的结果符合得很好。其次是利用等离子体本身发射出来的波长已知的背景谱线对波长标定进行了校核,进一步提高了波长标定的精度。然后通过理论计算出来的轫致辐射强度与CXRS诊断系统测量到的轫致辐射强度进行对比,两者趋势基本一致。本文尝试了将CXRS诊断与直流束发射光谱(DC-BES)诊断结合起来计算C6+杂质离子的密度信息,得到了初步结果,但是需要进行深入地研究。 本文最后将CXRS诊断系统测量到的等离子体温度与弯晶谱仪(X-ray Crystal Spectroscopy, XCS)诊断系统数据进行比较,发现两套诊断系统获得的结果非常一致,验证了CXRS诊断系统测量的准确性。
【图文】：

离子体温度T和能量约束时间T：三者的乘积必须达到某一个数量级。人们在研究过程中根据不同的物理模型得到了不同的判定条件，如图1.1所示给出了磁约束聚变实验中广泛采用的氖l#（D，T)聚变反应的三种判定条件。能量得失相当判据是要求聚变反应释放出来的能量和投入聚变反应所消耗的能量相等；劳逊判据是假定等离子体释放出来的总能量(包括聚变反应释放出来的能量和等离子体损失的能量）以某种效率转变为电能，这部分电能刚好可以回授给等离子体_7补其损失的能量，这样聚变反应得以自持；点火判据是要利用聚变反应释放出来的a粒子（这种粒子占据了聚变反应释放出来的1/5的能量）来加热等离子体，弥补等离子体的能量损失，使得聚变反应继续进行，从而聚变堆达到自持反应的条件。在这三种判定条件中点火条件是要求最高的，为了实现聚变能的利用，这个条件是未来聚变堆必须达到的。1

katushka)的缩写，它主要由环向磁场磁体、极向磁场磁体、欧姆变压器和真空室组成(如图2.1所示）。真空室内充入的少量工作气体（筑、l#等）在欧姆变压器的作用下被击穿放电成为等离子体，由于环向磁场和极向磁场的共同作用将工作等离子体约束在真空室中，再通过加料和辅助加热系统，，可以将等离子体的密度和温度进一步提高以达到聚变反应所需要的条件。OhmicPoloidal Field ^ 刚?丨MagrietsJjj^3^i*^5ZS5w-"-7 Field零fx S肞lasma Bp。|图2.1托卡马克基本结构2.1.1磁体EAST的环向场磁体和极向场磁体都采用了超导技术，可以保证磁体线圈在运行过程中不会因为产生大量的热量而使得线W无法正常工作，这一特点也使得EAST具有稳态运行的能力。EAST的环向场磁体由16个D型线圈沿环向均匀布置[73]，如图2.2所示。该线圈的主要材料是NbTi和Cu,采用了特殊的管内电缆导体(Cable In ConduitConductor, CICC)绕制而成。线圈的工作温度为3.8 K，工作电流为14.3 kA，在等离子体中心可以产生3.5T磁场
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL631.24

【参考文献】

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本文编号：2683821