EAST托卡马克电子密度分布反演研究

发布时间：2020-07-05 21:06

【摘要】：对于核聚变等离子体物理实验而言,电子密度是其重要的参数之一,它的分布和幅度不仅能够反映装置的实验能力以及运行状况,而且对于理解等离子体平衡、约束特性以及MHD (magnetohydrodynamic)不稳定性也是非常重要的。远红外激光干涉仪和微波反射仪是测量等离子体线积分电子密度值和密度剖面常用的手段,目前已经在许多大型装置上成功应用。前者是根据电磁波在真空中和在等离子体中传播时具有不同的折射率,通过测量和比较电磁波在真空中和等离子体中传播相同光程所引起的相位差,继而计算该道激光弦上的线积分电子密度值；后者是根据雷达的原理,在非均匀的等离子体中,通过测量微波在经过等离子体反射后产生的相位延迟来计算每个位置处等离子体的密度,继而得到密度剖面。远红外激光干涉仪测得的是不同位置处的线积分密度值,微波反射仪测到的是中平面处边界的密度剖面,所以要想得到等离子体的整体密度剖面,还需要结合相关诊断的数据进行适当的数学处理,即密度分布反演方法。常见的密度反演方法有Abel反演、分离变量法、切片法、奇异值分解法、Park矩阵法等,每种方法所需要的密度诊断数据和数学处理的繁简程度都不一样,所能应用的范围也各不相同。本文考虑到EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak)装置自身诊断系统的特点,将微波反射仪系统和远红外激光偏振干涉仪系统(polarimeter/interferometer, POINT)的数据进行校准后再结合起来,在校准过程中,我们探索了一种可以将反射仪数据换算成不同位置处干涉仪数据的方法,得到了干涉仪尚未覆盖区域的线积分电子密度值。在相邻磁面间电子密度值相同的前提下,将等离子体以中平面为界线一分为二,根据EFIT (equilibrium fit)提供的磁面坐标信息和线积分电子密度值,对两部分等离子体分别从最外层磁面开始,逐个向内计算每一个区域的等离子体电子密度,最后得到整个等离子体的密度分布,即密度剖面。根据该方法已成功反演出EAST多种位形下的密度剖面。对于反演所得到的密度剖面,考虑到作为输入变量的5道POINT数据以及EAST上现有一套三道垂直测量的HCN干涉仪系统的数据,我们分别根据这两个系统的数据对反演结果进行了误差分析。首先在计算两部分等离子体每个区域的电子密度时,最内层磁面的密度值会被计算两次,如果两次计算的值相差超过3%,则需要对磁面坐标进行调整,使误差满足要求。然后将得到的密度剖面按照实验测量道位置的坐标进行积分,得到积分值与实验测量值进行比较,如果误差在5%以内,则认为密度剖面反演成功,程序结束；如果大于5%,则同样需要调整磁面坐标。通过误差变化趋势可以发现,对磁面进行小幅度调整后,可以使每个诊断系统的整体计算误差控制在5%或更小的范围以内,达到预期的反演精度。
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL631.24
【图文】：

离子体的密度，Ｈ－Ｌ转换发生在接近密度极限的时候，对于平坦的密度分布，标逡逑准的邋Ｈ邋模转换很符合邋Ｇｒｅｅｎｗａｌｄ邋定标率。ＡＳＤＥＸ邋Ｕｐｇｒａｄｅ，Ｃ－Ｍｏｄ，邋ＤＩＨ－Ｄ，邋ＪＥＴ逡逑和ＪＴ６０Ｕ所报道的Ｈ模极限分别为０．９，０．８，０．８５，０．９５和Ｉｈｇ。图１．１＿】是ＡＳＤＥＸ逡逑Ｕｐｇｒａｄｅ上Ｈ－Ｌ转换和破裂极限间的关系，当密度接近于Ｇｒｅｅｎｗａｌｄ密度极限时，逡逑要求的加热功率快速增长偏离常用的线性定标逡逑２逡逑

逡逑在＜２．５的时候，密度可以达到密度经验的极限却与无关（如图１．２所示）。逡逑减小杂质在等离子体中的量对于放电很明显是有利的，因为减少杂质可以减少福逡逑射损失逡逑常见的壁处理技术包括：桂化、硼化、锂化、实时锂粉注入等。在ＥＡＳＴ装逡逑置上，通过实时的锂粉注入，可以实现长脉冲的ＥＬＭｓ邋ｆｒｅｅ放电（如图１．３所示），逡逑并且观察到ＣＶＩ，ＯＶＩＩＩ等杂质明显减少（如图１．４所示）［１５１。逡逑逦４１０７９邋ｗｉｔｈ邋Ｌｉ邋ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ逡逑逦４１０８１邋ｗｉｔｈｏｕｔ邋Ｌｉ邋ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ逡逑１逦＇邋＇邋＇ｊ邋＇邋Ｉ邋＇邋＇邋＇邋＇邋Ｉ邋＇邋■邋＇邋＇邋Ｉ邋＇邋＇逦＇邋■邋ｔ逡逑（ｈ）邋ＭＵｈｉｌｉ邋ｌｌｌｌｌｉｌｉｉｉｉｈｈｉｉｉｌ邋Ｉ逦，逡逑，丨，＂１．＂．丨｜逡逑１邋．１邋＇ｆ逦［邋１邋Ｉ邋Ｉ邋？邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋＂＂邋Ｉ邋＂邋Ｉ邋＂邋ｐ邋■邋Ｉ邋Ｉ逦Ｉ邋Ｉ逡逑Ｓ邋ｆ邋⑴／ｉｌｌＡｌｉｙｉｈｌｌＵＵｊｉＭｉＵｉＭｌｉｉＬｂＭｉ邋■逡逑０逦－Ｚ．，＇７邋Ｔ＇邋■邋ｊ邋＇邋Ｔ＂邋１邋１－１邋１邋‘邋＂Ｉ邋１邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋“邋ｒ邋ｒ邋Ｉ邋Ｉ邋ｊ．ｉ．ｉ邋Ｔ邋Ｖ逡逑０逦５逦ｗｙ邋Ｓｓ邋２０邋２５逡逑，７ｘ逡逑１逦ｒ逦１逦１逦１逦１邋１逦１逦１逦１逦１逦１逡逑

逦ＥＡＳＴ托卡马克电子密度分布反演研宄逦逡逑（ｏｌ邋ｃｏｌ逡逑Ｎｌ邋＝１－邋■出２逦（２－３）逡逑￡ｙ２逡逑（３）当电磁波垂直于磁场方向入射，即０邋＝邋９０，且电场方向平行于磁场方逡逑向，称这种波为寻常波，这时有，逡逑《＝（１－％逦（２－４）逡逑０）逡逑三种情况下入射电磁波的波矢ｉ，电场左和外部磁场月之间的方向关系如图逡逑２．１所示。逡逑ｒ－

【共引文献】

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本文编号：2743128