J-TEXT托卡马克诊断中性束注入器系统与电荷交换复合光谱谱仪设计与搭建

发布时间：2020-07-01 14:59

【摘要】：托卡马克是和平利用聚变能的理想手段。等离子体转动与托卡马克等离子体的约束和输运密切相关,其已成为托卡马克物理研究的热门课题,国内外各大装置积极发展转动相关诊断技术,其中电荷交换复合光谱(CXRS)被认为是最为行之有效的测量手段之一。 为开展托卡马克约束和输运相关物理问题的研究,本实验室致力于发展一套基于诊断中性束注入器(DNBI)的电荷交换复合光谱系统,增强J-TEXT托卡马克等离子体诊断方面的实力。本论文的主要工作目标即为诊断中性束注入器及电荷交换复合光谱光谱仪的设计与搭建。 J-TEXT诊断中性束注入器的前身是TEXT托卡马克配套设备,它曾服务于多个托卡马克装置。为满足J-TEXT托卡马克物理实验要求,我们对其进行重建与升级,重点放在中性束调制和实时束参数测量之上。J-TEXT诊断中性束注入器外围配套系统(电源、真空、水冷、进气)及多普勒光谱诊断系统重建与升级方案参考主流注入器技术。为满足中性束调制需求建造一套容量350kW PSM电源,使得注入器离子源达到50kV、6A离子束引出能力,并通过设置控制程序实现调制比m=0.5的调制注入。PSM电源具有10ms量级投入、10μs量级打火保护能力,保障离子源安全运行。实时束参数测量使用在EAST中性束离子源测试平台完成的多普勒频移光谱诊断系统方案,通过50mm焦距镜头及多道传输光纤组成的收光系统在0.5m焦距Czerny-Turner型光谱仪中获得注入器不同位置Hα线多能量峰光谱。为计算离子束及中性束参数开发一套通用谱线分析程序,在中性束注入实验过程中完成多高斯曲线拟合,并利用束-气体发射光谱模型及1/e展宽模型计算束能量成分和束散角,掌握中性束参数从而保证电荷交换复合光谱获得正确结果。 在电荷交换复合光谱诊断方面,改进一套光谱模拟程序,基于J-TEXT托卡马克等离子体、诊断中性束注入器及光谱仪器参数条件下,利用相关物理过程的数学模型预测电荷交换复合光谱诊断结果,设计空间分辨力优于1cm、径向完全覆盖的多道环向电荷交换复合光谱诊断系统,并依据预测结果完成配有EMCCD、分辨力达到034nm/mm的Czerny-Turner型光谱仪搭建。改进的光谱模拟程序应用于J-TEXT托卡马克电荷交换复合光谱系统的信噪比分析,结果表明由等离子体边界至芯部信噪比逐渐减小,在任意径向位置SNR80,能够达到速度测量±5km/s、温度测量±50eV的精度要求。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL631.24

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本文编号：2736916