EAST辐射偏滤器反馈控制系统的建立与实验研究
发布时间：2021-05-10 06:44
偏滤器是现代托卡马克装置上的重要部件,担负杂质粒子的排除与屏蔽等重要任务,同时承受了偏滤器位形等离子体的绝大部分热负荷,以减少等离子体热流对其他壁材料的损伤。长期过量的热流冲击会造成偏滤器靶板损伤,导致杂质粒子溅射,并严重影响等离子体约束,这一问题已经成为制约ITER及未来聚变反应堆研制的重大挑战。随着辅助加热功率以及等离子体参数的提升,偏滤器靶板承受的热负荷将远超过表面材料的耐受性。因此,发展相关控制技术,降低等离子体热流对偏滤器的损伤,以提高装置使用寿命并改善等离子体放电环境,已经成为磁约束聚变研究中的重要课题。偏滤器靶板的热负荷特征与边界等离子体,特别是刮削层等离子体的物理特性有直接的关联。通过“两点模型”分析得到的偏滤器靶板、SOL以及主等离子体间粒子和能量输运关系,可以获得两种降低靶板热负荷的方法:1.在放电过程中注入一定量杂质气体,增大辐射能量消耗;2.增大上游等离子体密度,实现稳定的脱靶等离子体放电,从而降低或完全消除偏滤器靶板与主等离子体的热接触。本论文基于EAST实验及工程条件,建立了完整的辐射偏滤器反馈控制系统,实现了对等离子体辐射功率及脱靶态的主动控制。控制算法基...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 聚变等离子体的点火条件
1.3 托卡马克简介
1.4 EAST装置简介
1.5 论文内容与结构
第二章 辐射偏滤器物理与基本控制方法
2.1 偏滤器位形与偏滤器主要功能
2.2 等离子体鞘层理论简介
2.3 刮削层的定义与两点模型
2.3.1 刮削层横越磁场输运的特征
2.3.2 刮削层平行热输运的特征
2.4 刮削层再循环特征与脱靶等离子体
2.5 刮削层杂质辐射的基本特点
2.6 辐射偏滤器反馈控制的基本方法
2.7 本章小结
第三章 EAST辐射偏滤器反馈控制系统的建立
3.1 工质气体的选择
3.2 受控目标量的计算方法
3.2.1 辐射功率计算方法
3.2.2 靶板电子温度计算方法
3.2.3 靶板表面温度诊断简介
3.3 反馈控制算法设计
3.3.1 EAST PCS的算法实现
3.3.2 PID控制器的基本原理
3.3.3 诊断数据处理
3.3.4 控制系统执行器
3.4 算法控制逻辑
3.4.1 辐射反馈控制逻辑
3.4.2 偏滤器探针数据反馈控制逻辑
3.4.3 靶板表面温度反馈控制逻辑
3.4.4 电子温度与辐射联合反馈控制逻辑
3.5 反馈控制算法测试
3.5.1 控制算法离线功能测试
3.5.2 辐射反馈算法的闭环控制测试
3.5.3 辐射反馈控制预实验
3.6 本章小结
第四章 辐射反馈控制实验结果与分析
4.1 辐射功率反馈控制结果
4.1.1 SMBI反馈控制实验
4.1.2 偏滤器阀门反馈控制实验
4.1.3 辐射反馈控制在其他实验中的应用
4.2 控制系统的可控性与稳定性分析
4.2.1 控制系统的可控范围
4.2.2 控制系统的稳定性
4.3 辐射控制对靶板热负荷的作用
4.3.1 偏滤器靶板热流的变化
4.3.2 偏滤器靶板饱和离子流的变化
4.4 辐射控制对等离子体物理参数的影响
4.4.1 辐射能量分布
4.4.2 中心等离子体电子与离子温度
4.5 本章小结
第五章 脱靶反馈控制算法实验结果与分析
5.1 靶板电子温度反馈控制
5.1.1 反馈控制实验结果
5.1.2 氘化甲烷控制T_(e,div)实验简述
5.2 电子温度与辐射功率联合控制
5.2.1 总辐射功率与电子温度联合控制
5.2.2 单道弦辐射与电子温度联合控制
5.3 饱和离子流反馈控制
5.3.1 密度爬升脱靶反馈控制
5.3.2 饱和离子流反馈控制
5.4 靶板表面温度反馈控制
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录A
致谢
在读期间发表的学术论文以及参加学术会议
本文编号：3178888
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 聚变等离子体的点火条件
1.3 托卡马克简介
1.4 EAST装置简介
1.5 论文内容与结构
第二章 辐射偏滤器物理与基本控制方法
2.1 偏滤器位形与偏滤器主要功能
2.2 等离子体鞘层理论简介
2.3 刮削层的定义与两点模型
2.3.1 刮削层横越磁场输运的特征
2.3.2 刮削层平行热输运的特征
2.4 刮削层再循环特征与脱靶等离子体
2.5 刮削层杂质辐射的基本特点
2.6 辐射偏滤器反馈控制的基本方法
2.7 本章小结
第三章 EAST辐射偏滤器反馈控制系统的建立
3.1 工质气体的选择
3.2 受控目标量的计算方法
3.2.1 辐射功率计算方法
3.2.2 靶板电子温度计算方法
3.2.3 靶板表面温度诊断简介
3.3 反馈控制算法设计
3.3.1 EAST PCS的算法实现
3.3.2 PID控制器的基本原理
3.3.3 诊断数据处理
3.3.4 控制系统执行器
3.4 算法控制逻辑
3.4.1 辐射反馈控制逻辑
3.4.2 偏滤器探针数据反馈控制逻辑
3.4.3 靶板表面温度反馈控制逻辑
3.4.4 电子温度与辐射联合反馈控制逻辑
3.5 反馈控制算法测试
3.5.1 控制算法离线功能测试
3.5.2 辐射反馈算法的闭环控制测试
3.5.3 辐射反馈控制预实验
3.6 本章小结
第四章 辐射反馈控制实验结果与分析
4.1 辐射功率反馈控制结果
4.1.1 SMBI反馈控制实验
4.1.2 偏滤器阀门反馈控制实验
4.1.3 辐射反馈控制在其他实验中的应用
4.2 控制系统的可控性与稳定性分析
4.2.1 控制系统的可控范围
4.2.2 控制系统的稳定性
4.3 辐射控制对靶板热负荷的作用
4.3.1 偏滤器靶板热流的变化
4.3.2 偏滤器靶板饱和离子流的变化
4.4 辐射控制对等离子体物理参数的影响
4.4.1 辐射能量分布
4.4.2 中心等离子体电子与离子温度
4.5 本章小结
第五章 脱靶反馈控制算法实验结果与分析
5.1 靶板电子温度反馈控制
5.1.1 反馈控制实验结果
5.1.2 氘化甲烷控制T_(e,div)实验简述
5.2 电子温度与辐射功率联合控制
5.2.1 总辐射功率与电子温度联合控制
5.2.2 单道弦辐射与电子温度联合控制
5.3 饱和离子流反馈控制
5.3.1 密度爬升脱靶反馈控制
5.3.2 饱和离子流反馈控制
5.4 靶板表面温度反馈控制
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录A
致谢
在读期间发表的学术论文以及参加学术会议
本文编号：3178888
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