EAST全超导托卡马克高分辨率EUV光谱仪诊断系统

EAST全超导托卡马克装置上建立一套极紫外(EUV)光谱诊断系统,用于高温等离子体高电离态杂质线辐射研究.该系统利用1200 l/mm凹面变线距全息光栅作为分光元件,工作波段50-500(A),波长分辨率Δλ-0.16(A)(186.6?),时间分辨为20 ms,空间观测范围为0-450 mm,基本覆盖EAST全超导托...     

托卡马克等离子体杂质密度的光谱法测量研究

本文介绍了基于托卡马克等离子体被动光谱诊断获得杂质密度的方法。通过被动光谱诊断测量获得杂质线辐射的空间多道弦积分强度分布,利用强度标定系数转换为绝对光亮度分布;通过测量弦与等离子体位形,将弦积分的强度分布反演变换为径向体发射率。根据线辐射强度激发截面求出对应电离态的离子密度,最后采用杂质输运程序模拟计算得出总密度分布。以东方超环(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)托卡马克装置上软X射线-极紫外光谱(Soft X-ray and Extreme Ultraviolet Spectrometers,XEUV)诊断测量到的Mo XXIX-Mo XXXII为例,描叙了获得Mo杂质密度分布的过程,获得的总误差小于10%。     

基于SOPC技术的EAST定时与同步系统

定时与同步系统是托卡马克装置实现等离子体放电流程实时控制的基础。基于SOPC技术研制的EAST分布式定时与同步系统可为各子系统提供精确时钟和同步触发信号,使装置各子系统按照预先设定好的流程运行,实现EAST等离子体放电实验时序的精确控制。EAST定时与同步系统的时序精度高于1μs,可以满足当前EAST实验的需要。     

EAST中性束注入下快离子输运行为的研究

利用等离子体输运分析程序TRANSP和粒子导心轨道模拟程序ORBIT,结合聚变中子和等离子体储能诊断数据,对EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)托卡马克中性束注入加热时不同等离子体电流和纵场强度下的快离子输运行为进行了研究。实验和模拟结果表明:中性束反向束注入时的快离子初始轨道损失功率大于中性束同向束;中性束4条束线产生快离子初始轨道损失区域主要集中在装置中平面以下第一壁以及偏滤器区域;在EAST目前的运行参数范围内,提高等离子体电流和纵场强度,可以使等离子体中快离子的漂移轨道宽度和拉莫尔回旋半径缩小,更有利于快离子的约束,从而提高中性束的加热效率,增加聚变中子产额和等离子体储能。     

EAST上软X射线能谱诊断系统的研制

采用多元硅漂移探测器(Silicon Drift Detector,SDD)阵列和快速处理电子学系统在EAST托卡马克上构建了一套性能优异的软X射线能谱诊断系统,用于测量等离子体内在软X射线能段(1-30 keV)的辐射能谱。本系统观测范围覆盖了EAST等离子体的下半空间,可在EAST上各种放电条件下获得电子温度分布。本系统具有较高的能量分辨率,可用于监测等离子体内的中高Z杂质。系统安装在EAST上并投入使用,验证了系统的可靠性和有效性并取得良好的实验结果。     

EAST托卡马克的中性束注入方案

高能中性束注入(Neutral beam injection,NBI)是核聚变装置托卡马克采用的芯部辅助加热和非感应电流驱动主要手段之一.本文介绍了国家大科学工程全超导托卡马克实验装置(Experimental advanced super-conductingtokamak,EAST)上的高能NBI加热方案及注入器的工程要求,并讨论了中性束在EAST等离子体中的传输等相关问题.     

EAST托卡马克中央定时系统的实现

中央定时系统是EAST托卡马克装置总控系统的重要组成部分,是总控系统对各子系统进行时序和触发控制的基础.本工作建立的EAST中央定时系统采用分布式的系统结构,可对32 MHz的系统时钟信号进行0-65535的任意整数分频;能对系统触发进行延迟输出,最大的延迟时间为4294s、延迟的分辨率为1 μs.该系统性能稳定,并已成功地投入到2006年9月EAST托卡马克装置的首轮正式物理放电实验中.     

EAST-ICRH天线相位的控制研究

EAST超导托卡马克是我国开展受控核聚变研究的新一代实验装置,离子回旋波加热(ICRH)是在该装置中加热等离子体的重要手段之一。要高效地实现波加热就要很好地控制相位,设计了一套相位控制系统,可以有效地调节加热系统天线的相位关系,从而很好地实现波加热。     

EAST安全巡检与联锁保护系统设计与实现

全超导托卡马克系统不同于常规托卡马克系统,有独特的运行特性和更高的运行风险.安全巡检与联锁保护系统是托卡马克系统中必不可少的-个重要组成部分.EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak)是我国自主研发的世界上第-个全超导托卡马克系统.本文详细分析了EAST的主要运行风险,针对运行风险制定的各子系统的安全监测和保护机制,及分布式 EAST 安全巡检与联锁保护系统的系统体系结构和系统的实现.EAST 已在中国科学院等离子体物理研究所建成并于2006年9月运行成功,获得等离子体,本系统已在EAST装置的2006-2007年度的几轮实验中成功应用.     

EAST辐射偏滤器运行模式下等离子体杂质浓度评估方法

通过在偏滤器区域充入适量氖气（Ne）或氩气（Ar）,东方超环（Experimental Advanced Super-conducting Tokamak,EAST）托卡马克装置实现了辐射偏滤器运行模式。在辐射偏滤器运行模式下,靶板热负荷显著降低,有效缓解了高能粒子流对偏滤器靶板的损伤。但是在偏滤器区域充入过量杂质气体时,杂质粒子会沿着磁力线进入主等离子体,影响主等离子体的约束性能,甚至导致等离子体破裂。因此,有必要研究偏滤器区域等离子体杂质浓度的估算方法,分析充入杂质气体时该区域杂质的定量变化,以此来评估充入的杂质气体对芯部等离子体约束性能的影响。本文针对不同的杂质种类,建立了不同的杂质浓度估算方法。对于钨杂质,通过极紫外光谱（Extreme Ultraviolet Spectroscopy,EUV）诊断系统测量偏滤器区域钨杂质的辐射强度,再根据碰撞-辐射模型对该区域的钨杂质浓度进行了估算。对于Ne杂质,则通过等离子体有效电荷数(Z_eff)的变化进行了Ne杂质浓度估算。基于估算结果,对辐射偏滤器条件下的芯部杂质行为进行了讨论。上述杂质浓度评估方法对开展辐射偏滤器...     

GEM相机监测EAST等离子体破裂研究

等离子体破裂是托卡马克运行中常见的一种现象,高参数等离子体运行过程中发生破裂会对实验装置安全运行产生威胁。通过对等离子体破裂的研究,可以在未来进一步做到破裂的避免和主动控制。首先介绍了EAST装置上的等离子体破裂,通过GEM相机对EAST放电实验中几种类型的破裂炮进行二维成像分析,对破裂的发生过程进行了具体分析。并且在分析过程中展示了GEM系统较传统多道系统的优越性,确认GEM可以为破裂机理研究提供有效的诊断数据。     

AST-ICRH天线相位的控制研究

EAST超导托卡马克是我国开展受控核聚变研究的新一代实验装置,离子回旋波加热(ICRH)是在该装置中加热等离子体的重要手段之一.要高效地实现波加热就要很好地控制相位,设计了一套相位控制系统,可以有效地调节加热系统天线的相位关系,从而很好地实现波加热.     

HL-1M装置离子回旋波注入实验的边缘参数测量

为了提高等离子体温度和密度,在高参数下从事托卡马克等离子体物理研究,在HL-1M装置上进行低杂波加热和电子回旋波加热的基础上,我们最近开展了离子回旋波注入和中性束注入加热实验,以及弹丸注入加料和分子束注入(MBI)加料实验,特别是在后者的实验中获得了很高的粒子和能量约束时间。     

CdTe探测器对EAST托卡马克中20–200keV硬X射线测量

介绍了EAST托卡马克装置硬X射线诊断系统。该系统由探测器阵列和电子线路组成,探测器采用水平七道的碲化镉(CdTe)探测器阵列。在EAST托卡马克装置上建立了一套较完善的硬X射线能谱诊断系统,用来测量等离子体在硬X射线辐射能段(20–200 keV)的能谱。实验结果表明,该系统能满足测量相应能量范围的等离子体硬X射线轫致辐射要求。文中给出了碲化镉探测器的标定结果及典型的放电结果。     

金属膜电阻型辐射热探测器在EAST上的应用

介绍了托卡马克实验装置(EAST)上用于绝对测量辐射功率的金属膜电阻探测器测量系统。金属膜电阻型探测器采用经典的惠斯通电桥电路结构,结合正弦波激励的载频信号放大技术,该系统实现了对强电磁干扰环境下微弱信号的测量。EAST上的辐射功率测量系统为48路测量阵列,用于测量等离子体放电过程中辐射功率的时空演化。文中给出了对探测器进行绝对标定的结果和典型的测量结果。     

基于脉冲激光单粒子效应的二次光斑研究

脉冲激光可有效模拟重离子触发芯片的单粒子效应。本工作在应用背部激光试验方法辐照芯片时观察到了二次光斑现象,通过Si衬底和Si晶圆片研究了芯片单粒子效应实验中二次光斑的成因。实验结果表明,二次光斑主要是由于激光在芯片有源区附近的金属布线层反射形成的。通过测量芯片的Si衬底厚度以及激光触发芯片单粒子效应时的聚焦深度,实验验证了二次光斑是在金属布线层区域形成的。     

EAST低温系统主运行模式的控制流程设计与分析

EAST托卡马克核聚变实验装置是世界上从事核聚变研究的先进科学设备。EAST低温系统是该装置的主要子系统之一,其相应DCS控制系统具有很高的稳定性和可扩展性,各部分的控制相互独立、并行执行。本文详细介绍和分析了EAST低温控制系统及在正常降温、稳态和失超模式下的控制流程设计。     

托卡马克逃逸电子输运系数的研究

1 对托卡马克逃逸电子的一般介绍 近期,人们对托卡马克中逃逸电子输运的研究十分重视与活跃。从欧姆加热与辅助加热的等离子体中,逃逸约束时间具有反常行为,这与内部的磁场涨落相关;我们利用逃逸电子作为一种试验粒子来诊断托卡马克内部的磁涨落。从约束的环向等离子体中观察到粒子与能量的损失率远比由新纪典输运理论所预言的要大得多,此状态取决于平均等离子体参数与库仑碰撞。若干类型的等离子体湍流提供了附加的等离子体输运。等离子体参数的涨落将通过静电涨落或磁涨落引起输运。该涨落所驱动的径向粒子通量为(1)其中,是扰动角向电场,是扰动电子密度。是     

托卡马克超声分子束注入加料的进展

超声分子束注入作为一种新的托卡马克加料方法由作者在1992年首次提出并于当年在中国环流器一号(HL-1)装置演示成功,随后相继应用于中国环流器新一号(HL-1M)和中国科学院超导托卡马克HT-7装置。超声分子束注入等离子体呈现出电子密度峰化和温度中空分布的特征;等离子体流极向旋转速度提高,边缘扰动被抑制,等离子体能量约束得到改善。加料效率较常规脉冲送气提高一倍,而滞留器壁的粒子大为减少。近期开展的高气压氢超分子束注入实验,在束流中发现团簇流,可注入等离子体中心区域。多脉冲分子束注入形成电子密度的阶跃上升,如同冰弹丸注入效果。近年来该项技术已陆续应用于国外大型托卡马克和仿星器,是核聚变装置稳态运行的一种有效的加料方法。     

EAST钨杂质输运特性分析

用基于蒙特卡罗方法的杂质输运程序DIVIMP模拟了EAST在加热功率Pin=8 MW的情况下边界层钨杂质输运过程并分析了钨杂质输运特性,其目的是为了合理设计第一壁和偏滤器靶板部件。DIVIMP模拟得到了低再循环、高再循环和脱靶运行条件下钨杂质在边界层的分布情况。模拟结果显示,钨在脱靶情况下所产生的杂质密度比其他运行模式所产生的杂质密度小。与碳杂质输运特性的模拟结果相比,钨杂质的密度有明显的下降,总体分布在1015m-3数量级上。