EAST4.6GHz/4MW低杂波电流驱动系统隔直器优化设计

为了研究全超导托卡马克稳态高参数等离子体性能,2008年在EAST托卡马克装置上研制并成功建成了一套能最大传输2兆瓦,工作频率是2450MHz的低混杂波电流驱动系统,要实现低杂波长时间地维持等离子体电流,还需要对低杂波系统的输出功率大小及运行时间长度提出更高要求,拟研制一套波源输出功率4 MW,中心频率4.6GHz,波谱范围为1.7< N_(//)< 2.5,运行脉冲宽度0～1000秒低杂波电流驱动系统.在EAST4.6GHz/4MW低杂波电流驱动系统中,因为速调管放大器和低杂波天线有共同的接地点,速调管放大器电源为负高压,有接地点,低杂波天线有接地点,并且和EAST托卡马克相连,在系统中要求不能有两个接地点,所以要通过隔直器来隔断托卡马克和速调管之间的的直流通路.论文详细介绍了隔直器的原理和设计过程,在以4.6GHz为中心频率,150MHz的频带范围内,隔直器各个端口微波性能良好.     

MDSPLUS在EAST低杂波数据管理系统中的应用

随着EAST放电时间的增长,HT-7上采用的关系型数据库已经不能很好的满足要求,因此在EAST低杂波系统中我们采用了专门为核聚变开发的mdsplus数据库.     

EAST安全联锁监管系统设计

全超导托卡马克装置(FullSuperconductingTokamak,FST)所有主要磁体均为超导磁体,其运行风险大大高于现有的其它超导托卡马克。EAST(ExperimentalAdvancedSuperconductingTokamak)是一个全超导托卡马克装置,为了避免人员和装置出现意外事故,建立了联锁系统与安全系统。安全联锁监管系统位于EAST联锁系统与安全系统的顶层,协调各分控系统的安全运行。根据EAST安全联锁系统的需求,采用可编程逻辑控制器、联锁信号光纤网和光电转换设备,建立了安全联锁监管系统,实现了事件收集、信号循环扫描、保护动作输出、系统状态和故障日志信息记录和实时监控等功能。该系统实际扫描周期平均值约0.7ms,最大值约3ms,达到了EAST安全联锁系统的要求。     

EAST 2MW/2450MHz低杂波电流驱动系统综述

为了研究全超导托卡马克稳态高参数等离子体性能,2008年在EIAST装置上研制并成功建成了-套最大能传输2兆瓦,工作频率是2450MHz的低混杂波电流驱动系统.该系统主要由20个速调管放大器、4套高压源、20路每路30～40米长的WR430标准矩形波导传输线和多结波导天线阵列组成.辐射波谱的控制是通过子波导内的固定移相器和微波前级的数字可调移相器两种移相手段来实现.在低杂波系统的辅助下成功实现了:驱动中心密度为1～2×1013cm-3下150～500kA的等离子体,全波驱动250kA电流达23s和低杂波辅助启动实验,所有的这些实验都证明了整个低杂波系统的稳定和可靠性.详细描述了整个系统的构成和初步的实验结果.     

EAST分布式定时同步系统的实现

分布式定时同步系统在国家大科学工程EAST中有重要作用,它用于同步EAST各子系统精准投入实验的时序。分布式定时同步系统利用PXI工业级设备并结合虚拟仪器技术实现定时同步系统,可提供1 Hz～80 MHz频率的参考时钟信号,产生1 ms～6 872 s延迟触发信号（精度达10 ns）。该系统能采集信号,并能根据检测的信号实时触发相应处理机制。分布式定时同步系统精度高且运行稳定可靠,已成功应用于2010年秋季EAST放电实验。     

EAST装置大功率速调管保护系统研制

依据速调管耗散能量的安全值与最大故障电流、电弧电压和电源供电切断时间的关系,介绍了EAST上2.45 G/2 MW低杂波速调管过流保护系统的设计。采用过电流电路触发和引燃管旁路速调管电流的方法来实时保护速调管。经自检测试和在EAST放电实验中的应用表明,该系统能在50μs内完成保护,完全满足设计需求。     

EAST ICRF天线驱动结构改进设计

针对ICRF天线原有的驱动结构由于无自锁而导致天线移动过程中无法精确定位的缺点,给出了两种新的驱动结构设计方案,两种方案主要由步进电机和涡轮蜗杆减速器组成,均具有启动速度慢,推、拉力大,能精确定位的特点。在设计过程中,对两种驱动结构的启动转矩、丝杠的强度和稳定性进行了校核,通过理论计算分析,两种驱动结构设计均满足设计要求。整个驱动结构改进设计方案和方法可为其他同类装置提供有益的借鉴。     

EAST-LHCD4.6G频率源的研制

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,低杂波电流驱动系统(LHCD)是在该装置中维持长脉冲等离子体和改善其等离子体约束的重要手段之一.LHCD要求一台低相位噪声、高稳定度的频率源.使用锁相环技术,通过良好的方案设计和合理的电路布局,研制了一台4.6G频率源,作为该系统微波驱动电路的信号源.     

多结波导阵天线及其在低杂波电流驱动实验中的应用

研制了一种新型的低杂波耦合结构——多结波导阵天线。在这种天线中,功率分配是通过矩形波导的E面结来实现的,相邻波导间的相位差则利用在子波导中插入不同长度的聚四氟乙烯介质块来获得。使用这种多结波导阵天线,我们在HT—6M托卡马克装置上成功地开展了低杂波电流驱动实验,取得了ηCD=0.55(1O~(13)cm~(-3)·m·kA/kW)的好结果,并在很低的微波功率水平下观察到了对MHD行为的影响。     

EAST嵌入式数据采集系统设计

介绍了EAST核聚变装置中嵌入式数据采集系统的设计,该系统基于FPGA和ARM技术,集成信号调理、数据采集和数据处理于一体,便于放置于实验现场进行采集,具有较高的集成度和便捷性。同时,针对聚变实验的稳态运行,该系统引入了时间片技术,实现了长时间采集和数据实时传输。     

EAST装置ICRF天线电特性分析与优化研究

射频波加热是磁约束核聚变装置的重要加热方式.本论文基于 EAST 装置离子回旋共振(ICRF)加热天线结构和运行参数,运用高频分析方法对 ICRF天线开展电特性分析模拟,获得 ICRF天线射频电势和电场分布特性,初步评估了天线电特性.基于天线电场分布特性和分析结果,从天线结构和运行相位两方面对 ICRF天线电特性进行了...     

EAST电子回旋波与低杂波双波协同的数值模拟

为在EAST装置中优化电子回旋波与低杂波双波协同的电流驱动效率,从而获得更大的协同驱动电流以维持长脉冲运行,本文以双波协同驱动电流的物理机制为基础,运用模拟程序C3PO/LUKE对EAST参数下电子回旋电流驱动与低杂波电流驱动的协同效果进行了数值模拟计算,给出了协同电流和协同因子。计算结果表明：当两波驱动电流密度峰值的位置一致时协同效果最佳;而电子密度和电子温度的增加可能导致两波重叠区域的变化进而影响协同效果。     

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.     

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。     

EAST装置ICRF传输线驻波电压保护系统设计

利用EAST装置离子回旋共振加热(ICRF)系统传输线驻波电压探针测量阵列,设计了基于单片机技术的传输线驻波电压保护系统。该系统根据传输线驻波电压分布,设置探针处驻波电压阈值和驻波比阈值,当测量数据超过阈值时,切断微波信号源,有效保护ICRF发射机和传输线系统。     

HT-7装置上充气对低杂波耦合影响的实验及分析

在低杂波（LHW）天线端口充D₂和CD₄,发现LHW的耦合效果能得到明显改善,充气后LHW的反射系数基本降为6%左右。不同窗口充气对波的耦合和等离子体密度的影响不同,其原因是改善耦合的关键是提高刮削层（SOL）内等离子体的密度。D₂与CH₄对LHW耦合影响的实验结果表明：D₂对LHW的耦合效果影响略好于CH₄,但D₂对等离子体密度的影响明显高于CH₄,原因是D₂对电子密度的贡献更大。     

HL-1M装置低杂波电流驱动与激光吹气等离子体中的类锯齿密度振荡

在最近的HL-1M装置实验中,利用多道远红外HCN激光干涉系统观察到了一种新型的类锯齿密度振荡。这种类锯齿密度振荡存在于低杂波电流驱动与激光吹气等离子体中,在诸如软硬X射线及热辐射等测量中也观察到了对应的振荡信号。本文描述了这类“密度锯齿”,并对其进行了初步分析。     

HT-7低杂波相控天线阵的耦合特性分析

HT-72.45GHz低混杂波系统利用相控波导阵列将微波能量耦合到等离子体中。本工作基于二维线性耦合理论,主要利用Step+Ramp的等离子体密度剖面模型,详细分析了HT-7装置上各种关键参数(如边缘密度、密度梯度、相邻主波导相位差等)下低杂波波导阵列天线的耦合特性。分析表明,通过调节主波导之间－90°～90°的相差,天线的n_∥谱可在1.93～3.15之间灵活调节;当天线口边缘密度为0.5×10¹⁸～2×10¹⁸m^-3时,波导阵天线的反射系数可保持在5%以下,方向性系数很大;主波导之间相位差的改变对波导阵的驱动效率有很大影响。     

Study of Inverted Sawtooth Activities in EAST Plasma

On the EAST tokamak, during whole off-axis LHCD （low hybrid current drive） limiter discharge, inverted sawteeth oscillations on the SXR （soft X-ray camera） signals appear continuously, and no positive sawtooth is observed. It is thought that this phenomenon is caused by the curvature pinch, though it could partly be explained by the electron temperature profile observed on the PHA （soft X-ray pulse height analyzer） system. The off-axis LHCD and Ohmic heating generate a non-monotonic q profile. According to the curvature pinch effect, this q profile leads to a special electron density profile that has a valley ring. The non-monotonic q profile and the special electron density profile lead to this interesting phenomenon.