EAST离子回旋波加热快速阻抗匹配系统的研究

离子回旋波加热是EAST装置最重要的辅助加热方法,在实验中获得了明显的加热效果。射频功率源与天线负载之间阻抗匹配才能保证最大的加热功率输出。在射频加热实验中,等离子体参数的改变将会引起天线负载阻抗的快速变化,为应对这一情况研制出了快速阻抗匹配系统。本文采用解析法和计算机仿真相结合的分析方式,研制了该阻抗匹配系统的铁氧体匹配支节,并对其性能进行了测试。测试结果表明,快速阻抗匹配系统的时间响应速度明显优于传统匹配方式的,可作为实时匹配的候选者。     

ICRF加热下EAST快离子损失速度空间分布初步研究

基于闪烁体的快离子损失探针（Fast-Ion Loss Detector,FILD）能够测量损失快离子的速度空间分布,是研究核聚变装置中快离子损失控制机理的关键诊断手段。在东方超环（Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST）上,通过FILDSIM程序在诊断图像与速度空间分布之间建立桥梁,将诊断探测到的信号转化为速度空间分布,获得了离子回旋共振加热（Ion Cyclotron Resonance Heating,ICRH）条件下的快离子损失速度空间分布,为进一步评估和控制离子回旋共振加热下的快离子损失奠定了基础。另外,通过损失快离子反向追踪,探究了探头本体遮挡对诊断探测范围的影响,为损失诊断系统进一步升级提供了依据。     

EAST离子回旋加热系统高功率射频放大器阳极电源的研制

离子回旋共振加热是EAST超导托卡马克核聚变实验中重要的辅助加热手段。高性能的高功率射频放大器阳极电源对整个加热系统的稳定运行起重要作用。本工作设计了基于脉冲阶梯调制（PSM）技术的阳极电源及其控制保护系统,通过采集电源的实验数据对电源的设计进行了验证。实验结果证明,本阳极电源的设计和参数选择均是合理正确的,电源的开通和关断以及控制保护的数据指标完全达到设计要求。     

HL-3装置上离子回旋波加热对中子产额的影响

离子回旋射频（Ion Cyclotron Range of Frequencies,ICRF）波加热是托卡马克装置上至关重要的辅助加热方式之一。托卡马克装置中国环流三号（HL-3,原名HL-2M）拟安装加热功率为6 MW的ICRF加热系统。本工作利用TRANSP程序,模拟并研究了ICRF加热的频率和功率对聚变中子产额以及快离子分布的影响。研究结果表明：ICRF的频率和功率对中子产额有显著影响,固定ICRF频率时,中子产额与加热功率成正比关系,而在固定ICRF加热功率的情况下,中子产额的增加幅度显著依赖ICRF的频率,在研究参数范围内,30 MHz的ICRF对中子产额的增加具有最显著的增强作用。快离子分布的模拟结果显示,在考虑ICRF加热后,中性束和ICRF的协同加热机制能够将快离子加热至最高1 MeV,有效地提高了中子产额。此外,基于中子相机诊断的概念对中子信号进行了仿真。结果表明,中子相机能够有效地测量到由ICRF加热导致的中子产额高低和分布剖面的变化,这为将来优化中子相机诊断系统设计和测量中子空间分布提供了一定的参考。     

用锯齿控制新经典撕裂模

新经典撕裂模(NTM)的开始取决于足够大的种子岛的存在。在欧洲联合环(JET)上证明，用长周期的锯齿能很容易地去稳NIMs，例如通过从离子回旋加热或电流驱动的锯齿致稳获得。这对于燃烧等离子体方案有着重要的意义，因为α粒子能强致稳锯齿。同样可以证明，通过刚好在反转半径外加热和电流驱动可去稳锯齿，这样在没有NIMs的情况下可获得较短的锯齿周期和较大的β值。     

离子回旋共振加热实验中用于瞬态射频阻抗测量的探针列阵的误差分析

在离子回旋共振加热(ICRH)实验中用于测量瞬态射频(RF)阻抗的探针列阵常常给出错误的结果。本文对此进行了分析,并提出了一种采用定向耦合器和四探针的混合系统来提高测量精度。     

EAST离子回旋系统液态相移器的理论设计

对EAST离子回旋系统液态相移器的原理进行了理论分析和计算,结果表明:利用液态相移器可产生相位差,从而可用离子回旋波进行电流驱动。另外,液态相移器也可与单支节液态调配器结合使用,构成传输线阻抗匹配系统。     

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。     

离子回旋频率范围的加热和电流驱动状态

在离子回旋频率范围（ＩＣＲＦ）发射的快声波是托卡马克等离子体的主要加热方案之一，这个加热和电流驱动方案可能有很大的灵活性，既可利用各种波－粒子相互作用机制，也可利用快波能经受到的模转换，如设计适当，ＩＣＲＦ系统能用于离子或电子加热的电流驱动，而且还有定域沉积分布的优点，几乎的有现在的托卡马克现都使用ＩＣＲＦ加热和电流驱动，而且正在为ＩＴＥＲ研究ＩＣＲＦ系统。     

JET上在有高快离子能含量下只有ICRF放电的一种新型MHD活性

在有离子回旋共振频率（ICRF）加热和改变等离子体密度的情况下,在JET托卡马克中进行的放电中,已研究了在甚高快离子能含量时锯齿稳定问题,等离子体密度的改变是通过吹氘气加以控制的,在这些实验中,已观测到锯齿性能的惊人差别,当等离子体密度nc减小到低于某个阈值时,居齿频率和崩塌持续时间增加5倍,因为由于快离子慢化时间与nc成反比而快离子能含量随nc减小而增加,所以nc阈值相应于快离子能含量阈值,在这些实验中,当快离子能量对总等离子体抗磁能含量的贡献变得大于45％时达到此阈值,在频率介于55和65kHz之间,环向模数n=1时,有短的无锯齿周期的锯齿活性伴随有MHD活性,这种活性解释为与ICRF驱动的快离子共振的高能粒子鱼骨模,看来实验结果是与锯齿和鱼骨模的稳定性图一致的[White 1989:Theory of Tokamak Plasmas(Amsterdam:North-Holland)],探索在此图中有甚大快离子群体的那部分。     

电子回旋波在非圆截面托卡马克等离子体中的传播与功率沉积

通过求解等离子体平衡方程、波迹方程和准线性Fokker-Planck方程,数值模拟了电子回旋(EC)波在非圆截面托卡马克等离子体中的传播轨迹和功率沉积。模拟结果表明:当EC波从顶部发射时,相比于圆截面的EC波波迹,非圆截面的波迹会向等离子体弱场侧偏移,增大等离子体中心电子密度,波迹也会偏向弱场侧,相应的波功率沉积有所降低;当EC波O模从中平面弱场侧发射时,随着平行折射率的增大,波迹弯曲幅度变大,增大到一定数值时会折回弱场侧穿出,波功率沉积随极向发射角的增大而降低,环向发射角约取10°时,波功率沉积达到最大。     

基于嵌入式系统的离子回旋数据采集交换系统的开发和实现

为提高现有EAST离子回旋共振加热监测系统的性能,为EAST物理实验提供稳定可靠的加热手段,针对目前监控系统的多卡数据采集和交换过程中出现的实时问题及多卡采集出现的问题,文章提出了在EAST装置高功率离子回旋共振加热监控系统的设计的总体基本解决方案和实现过程,设计了双操作系统下多卡数据采集交换可行的实现模型,使用Visual C＋＋及Tornado for Windows开发相应的驱动及应用程序,对在嵌入式系统VxWorks和Windows操作系统下的通讯方式及系统性能进行了重点分析和讨论,使用嵌入式系统的软件逻辑分析仪对嵌入式系统的任务调度、信号量使用、内存使用情况、系统空闲时间等作了分析,为多操作系统多卡采集交互式系统提供了参考,测试结果表明该系统基本满足要求。