佳拉洁雅型磁约束装置测控系统研究

发布时间：2020-08-31 20:29

　　核聚变是应对能源危机的有效方式。佳拉洁雅(Galatea)型磁约束装置是非托卡马克(Tokamak)核聚变装置的一种,其利用浸没在等离子体中的载流线圈(盲鳗)来约束等离子体。对等离子体参数的采集可掌握装置运行过程中相关参数的动态变化情况,进而分析得到等离子体的运动规律及约束特性。本文研究了包括时序控制和参数采集的佳拉洁雅装置测控系统。首先,进行测控系统需求分析,构建了佳拉洁雅装置的总体运行结构,分析了真空罐、等离子体枪、全等离子体通道和磁阱的结构及运行原理,明确了佳拉洁雅装置各部件的具体参数。分析了时序控制系统和参数采集系统间的联动关系,进行了时序控制系统和参数采集系统的整体方案设计,给出了时序控制系统和参数采集系统的具体实现方式。其次,结合脉冲电源的运行特点,建立了佳拉洁雅装置和测量探针的时序控制系统数学模型,选择研华PCI-1780U定时器板卡作为时序控制系统硬件平台,Lab VIEW作为时序控制系统软件开发平台,完成了佳拉洁雅装置时序控制系统的软硬件设计。实验验证了等离子体枪、全等离子体通道、溜槽线圈、磁阱、全等离子体通道探针和磁阱探针输出时序脉冲的准确性,得出了佳拉洁雅装置各部分时序控制脉冲间的对应关系。然后,进行磁阱空间压强分布和测量探针研究。构建了氢气等离子体碰撞耦合模块,建立了基于COMSOL的磁阱二维磁流体仿真模型,仿真分析了不同时刻磁阱空间的等离子体压强分布。提出了基于正交探针测量结构的参数测量方法,进行了磁探针、Langmuir探针和正交探针的测量原理分析,得出相关等离子体参数的计算方法。研究了探针去噪方法,分析了常用小波去噪方法的优缺点,选择小波阈值去噪作为探针去噪方法,分析了不同小波基下的探针去噪效果。最后,构建了参数采集系统的整体结构,明确了参数采集系统的实现过程。设计了磁探针、Langmuir探针和正交探针的硬件结构、安装位置及外电路,提出了磁探针线圈总截面积标定方法,分析了磁探针积分电路结构。进行了参数采集系统的软件设计,完成了磁探针、Langmuir探针和正交探针的参数采集软件设计,并进行了参数采集软件的仿真测试,实现了相应的参数采集功能。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TL631
【部分图文】：

示意图,托卡马克装置,环向磁场,原理

托卡马克装置原理示意图

真空罐,结构示意图

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文行测控系统方案设计之前，需充分掌握佳拉洁雅装置的工作原理真空罐、等离子体枪、全等离子体通道和磁阱四个方面分析佳拉件结构及工作原理。1）真空罐空罐负责为佳拉洁雅装置提供绝对真空环境，以确保等离子体的被约束和逃逸过程不受外界干扰。真空罐的三维结构图如图 2-3 法兰接口航空插座

真空罐,实物,插板阀

逸过程不受外界干扰。真空罐的三维结构法兰接口航空插座高压电真空规插板阀+多极磁阱全等离子体通道体枪图 2-3 真空罐结构示意图圆筒形，其长度为 2.8m，直径为 1.32m，于外接探针电路和脉冲电源。由插板阀和持佳拉洁雅装置工作过程中真空罐的内部测罐内真空度）。真空罐的实物图如图

【参考文献】