EAST上快离子损失诊断（FILD）的研究及初步应用

发布时间：2020-11-10 16:03

　　 本文详细介绍了 EAST装置上的快离子损失诊断系统及初步应用。着眼于未来ITER实现高功率长脉冲稳态等离子体的运行目标,在近几年的发展中,EAST已经在等离子体辅助加热、等离子体磁位形控制、等离子体诊断以及物理研究方面取得了很大进展,而且获得世人瞩目的成就。EAST目前已发展了多种高功率辅助加热系统,主要有低杂波加热系统、离子回旋加热系统、电子回旋加热系统,以及中性束加热系统,总加热和电流驱动功率大于20MW。这些辅助加热系统,为装置提供了丰富的快离子源,有助于实现稳态高性能等离子体。然而,第一轨道损失以及不稳定性等因素的存在,会造成快离子的损失。这些损失的快离子,不仅会降低辅助加热效率,影响燃烧等离子体性能,甚至会对装置第一壁造成破坏。因此EAST上快离子损失诊断的建立以及快离子损失行为的研究是非常关键及必要的。这篇论文重点介绍新建的FILD系统,主要组成部分包括探测系统、驱动系统、成像光路系统以及数据采集系统四个部分。基于闪烁体的快离子损失探针是用于测量托卡马克装置中损失快离子的重要诊断,安装在EAST上J窗口中平面偏上的位置。损失的快离子经过探测系统的准直系统中前孔和后缝,最终打击到探测系统中闪烁体屏上。利用驱动系统不仅可以使得探测系统在装置中快速的往复运动,而且在正场、反场实验放电时,保证了可以迅速的改变探测系统准直孔的方向,及时的进行实验数据的采集工作。为了将探头中闪烁体上探测到的快离子损失的信号进行放大并收集,在快离子损失诊断系统中设计了成像光路系统,并将闪烁体上的光收集到两套数据采集系统上。并将闪烁体上的光经过束分光器收集到两套数据采集系统上。一束光传输到CCD高速相机(Phantom V2010)采集系统,并对闪烁体屏上的荧光图像进行记录,可以得到任意帧数时损失快离子的俯仰角以及回旋半径的信息。另一束光传输到25道通路的PMT数据采集系统中,可以获得快离子损失信号随时间演化的信息。其中PMT数据采集系统具有可以独立设置各道放大倍数的独特的优点,并且可以对每个通道依次巡检在实验放电时可以对损失诊断系统进行远程操控。在诊断系统不断发展和完善的过程中进行了诊断验证以及快离子损失基本行为的研究。首先,在中性束和离子回旋加热注入时,都观测到快离子损失的现象,且两套数据采集系统的数据变化是相一致的,很好的验证了诊断系统的可靠性。其次,研究了在不同放电条件对快离子损失的影响,其中在H-mode放电中快离子损失信号会随着ELMs而变化;以及在共振磁扰动和超声分子束的放电条件下,观测到快离子损失增加的现象。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TL631.24
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 可控核聚变简述
        1.1.1 核聚变能源的优势
        1.1.2 磁约束聚变的研究
        1.1.3 高能粒子物理研究
    1.2 EAST简介
    1.3 本论文的研究概述
        1.3.1 研究背景与意义
        1.3.2 研究目的和内容
        1.3.3 本论文内容组成
第二章 快离子损失行为综述
    2.1 快离子基本行为
        2.1.1 快离子的产生
        2.1.2 快离子的输运与损失
    2.2 快离子损失行为的概述
        2.2.1 第一轨道损失
        2.2.2 边界扰动以及外加磁扰动对快离子行为的影响
        2.2.3 MHD对快离子损失行为的影响
    2.3 快离子损失测量原理
        2.3.1 诊断原理
        2.3.2 国内外研究
    2.4 本章小结
第三章 EAST上快离子损失诊断的研究
    3.1 基本结构组成
    3.2 快离子探测系统
        3.2.1 结构设计
        3.2.2 安装的位置
        3.2.3 闪烁体的选择
    3.3 驱动系统
    3.4 光学收集系统
    3.5 数据采集系统
        3.5.1 CCD数据采集系统
        3.5.2 PMT数据采集系统
    3.6 本章小结
第四章 快离子损失实验行为的初步研究
    4.1 中性束加热条件下快离子损失基本行为
        4.1.1 不同纵场方向的影响
        4.1.2 同向、反向束离子基本行为
    4.2 逃逸电子和快电子对快离子损失的影响
    4.3 离子回旋共振加热条件下快离子损失基本行为
    4.4 共振磁扰动对快离子损失行为的影响
    4.5 H-mode放电中边界局域模对快离子损失行为的影响
    4.6 超声分子束对快离子损失行为的影响
    4.7 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 论文结论
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

【参考文献】

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本文编号：2878104