基于相关电子回旋辐射系统的电子温度涨落实验研究

发布时间：2020-10-09 18:34

　　近些年来,在受控核聚变领域,反常输运作为一种影响等离子体约束性能的现象受到了广泛的关注,研究表明反常输运与等离子体的磁涨落、温度涨落、密度涨落等各种涨落有关~([5])。为了研究反常输运,世界上的主流聚变装置都发展了相关电子回旋辐射系统(CECE)来对电子温度涨落进行测量。早在2014年,J-TEXT上就发展了一套拥有四个测量通道的CECE系统来观测电子温度涨落,为了更多物理现象观测的需要,时至今日,J-TEXT上的CECE已升级为一套拥有十四个测量通道的系统。本文首先介绍了CECE系统的改造与升级。一方面,对原有系统进行了一系列改造,包括本底噪声改善、硬件连接改善和线路优化。改造后,系统的本底噪声下降到30mV左右的水平,系统的故障概率大大降低。另一方面,对系统进行了一些升级,包括通道增加、系统灵活性改善、系统稳定性增强。升级后,系统拥有14个测量通道;通过YIG(Yttrium Iron Garnet)滤波器控制器和数字可调视频放大器的设计,系统的灵活性大大提高;通过电子学器件温度闭环控制系统的设计,保障了一些对温度比较敏感的器件。接着,从时域和频域两方面结合具体的实例对数据处理方法进行了介绍。其中,时域分析方法主要为相关分析法。一方面,CECE通过互相关分析可以得到电子温度涨落,另一方面,可以得到温度涨落的径向相关长度。频域分析方法主要为频谱、功率谱等谱分析方法。频谱分析可以得到信号中的频率信息;功率谱分析可以对电子温度涨落的谱分布有所了解。最后,围绕原有的CECE(八道)系统从两个方面进行了实验探究。一方面,着重探究了电子温度涨落与等离子体内宏观参量之间的关系。实验发现,靠近等离子体边缘的电子温度涨落要高于靠近芯部的,进一步分析表明,密度梯度对电子温度涨落的分布有较大的影响。另一方面,探究了电子温度涨落与磁岛之间的相互作用。当等离子体中存在转动的磁岛时,磁岛对电子温度涨落有调制作用,且磁岛转动的频率发生改变时,磁岛对电子温度涨落的调制频率也在跟随着改变。同时发现,探测位置位于X点的电子温度涨落要高于探测位置位于O点的电子温度涨落。通过对温度剖面进行分析,发现磁岛对温度剖面的影响使得温度梯度发生变化,表现出温度梯度大的地方电子温度涨落也大的趋势。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TL631
【部分图文】：

对比图,径向输运,理论值,对比图

为了使聚变反应可持续，还要求高温的等离子体约束时间。于聚变反应的等离子体的温度非常高，大约为 1 亿度，几器，因此，需要寻找特殊的方法来对等离子体进行约束。目式分别是惯性约束和磁约束，J-TEXT 采用的是磁约束，其离子体束缚在固定的区域里，使之达到劳逊条件。输运体输运作为磁约束核聚变的一个重要研究方向，对其有效的变反应至关重要。理想情况下，等离子体是均匀分布的，因上没有横越磁场的运动，这样等离子体就能被约束住[3]。但实体的不均匀分布，造成横向上梯度的存在，直接导致了沿着运[3]。

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图 1-2 TEXT-U 上相关电子回旋辐射（CECE）系统结构测近似为等离子体同一区域，由于热噪声是不相关的，而电子温度涨落是相关的此可以将相邻两道做互相关分析来得到电子温度涨落。在进行测量时，通过选同中心频率的带通滤波器，来改变观测位置，进而可以得到不同位置的电子温落。

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图 1-2 TEXT-U 上相关电子回旋辐射（CECE）系统结构为等离子体同一区域，由于热噪声是不相关的，而电子温度涨落是将相邻两道做互相关分析来得到电子温度涨落。在进行测量时，频率的带通滤波器，来改变观测位置，进而可以得到不同位置的

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