KTX三维探针诊断和边界等离子体湍流特性研究

发布时间：2024-06-16 09:09

　　KTX是一个反场箍缩磁约束聚变装置。它的工程设计和实现比较简单,特别适合在高校用于基础等离子体物理的研究。它可以实现超低q、反场和托卡马克三种放电模式进行灵活放电,分别在三种模式下用来研究等离子体的约束状态。还可以研究等离子边界的静电涨落特征,湍流造成粒子和能量横越磁场的输运,以及通过PPCD和OFCD等电流驱动模式改善约束等。为了测量等离子体边界的基本参数,包括电子温度、密度、悬浮定位及其涨落的径向分布和湍动输运,我们研制了三套扫描探针系统。我们在顶部OU窗口和一个中平面M窗口分别搭建了适应安装环境的波纹管式和磁传动式探针系统。在另一个中平面O窗口研制并搭建了一套快速扫描探针系统。其中OU和O窗口极向相差90度,O和M窗口环向相差30度,可以实现m≤2,n≤6的模式测量。我们设计了以伺服电机和直线模组为动力的快速扫描探针系统,通过测试,系统的最大速度可以调试在1m/s到4m/s之间,满足我们对不同速度的需求。具有抗冲击特性的磁栅尺用来测量系统的快速运动位移。通过重复性测试我们发现,负载在不同炮间的延迟时间在0.4ms以内;快速碰撞停止后,位移幅度差别约为1mm。我们使用单片机对三套系...

【文章页数】：148 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 反场箍缩磁约束聚变装置
        1.1.2 漂移波湍流
        1.1.3 扫描探针系统研究现状
        1.1.4 RFX-mod装置上误差场修正方法
    1.2 KTX装置介绍
        1.2.1 KTX基本参数
        1.2.2 KTX三种放电模式
第2章 诊断原理和数据处理方法
    2.1 静电探针原理
        2.1.1 单探针原理
        2.1.2 双探针和三探针原理
    2.2 磁场测量方法
        2.2.1 磁探针标定方法
    2.3 数据处理方法
        2.3.1 时域相关
        2.3.2 频域相关
        2.3.3 功率谱密度分析
    2.4 本章小结
第3章 KTX三维扫描探针系统的研制
    3.1 KTX扫描探针系统的需求与分布
    3.2 慢速扫描探针系统
        3.2.1 波纹管式探针系统
        3.2.2 磁传动式探针系统
    3.3 快速扫描探针系统
        3.3.1 探针系统的设计要求
        3.3.2 气缸式探针系统
        3.3.3 新的设计方案
        3.3.4 伺服电机式探针系统
        3.3.5 快动探针结构设计
    3.4 三套探针系统控制与数据采集
        3.4.1 系统控制
        3.4.2 数据采集
    3.5 换探针操作与抽真空
    3.6 悬浮电位径向剖面对比实验
    3.7 纵场分布和欧姆场“零场区”测量
        3.7.1 磁探针结构
        3.7.2 磁探针标定
        3.7.3 纵场分布和欧姆场“零场区”测量
    3.8 安全因子径向分布
        3.8.1 磁探针结构
        3.8.2 安全因子径向分布
    3.9 本章小结
第4章 KTX边界等离子体静电涨落的实验研究
    4.1 KTX边界的静电探针
        4.1.1 单探针
        4.1.2 四探针
    4.2 边缘等离子体参数及其涨落的径向分布
    4.3 静电涨落的谱特征
        4.3.1 探针布局
        4.3.2 静电涨落的功率谱特征
        4.3.3 静电涨落的波数谱特征
    4.4 涨落驱动的粒子输运通量的径向分布
    4.5 本章小结
第5章 线性时不变系统方法在KTX装置上的应用
    5.1 等离子体电流信号的修正
        5.1.1 KTX等离子体电流测量
        5.1.2 传统补偿方法
        5.1.3 线性时不变系统方法
    5.2 边界磁场信号的修正
        5.2.1 极向磁场信号的修正
        5.2.2 环向磁场信号的修正
    5.3 本章小结
第6章 总结和展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
附录A 伺服电机参数
附录B 直线模组参数
附录C 磁栅尺参数
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果



本文编号：3995193