EAST上快波电流驱动的数值模拟

针对EAST全超导托卡马克的参数,利用射线追踪法在离子回旋共振频段（ICRF）发射机的工作频段内进行快波电流驱动的数值模拟,找到了一组适合于快波电流驱动的参数。模拟结果表明,发射频率只要避开基频吸收和二次谐频吸收,电流驱动的效果就很明显。     

基于FPGA的EAST-ICRF实时监控系统设计

在全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)上进行核聚变试验时,离子回旋共振加热(ICRF)是该试验过程中加热等离子体的主要方法之一,而对发射机、传输线、真空室以及天线中的重要参数进行实时监测是托卡马克装置中ICRF对等离子体进行功率耦合的重要保障。提供了一种采用FPGA的ICRF实时监控系统设计方案、AD9252芯片以及SN74LS14型号施密特触发器进行数据采样,实现对各故障信号的实时显示、报警以及信号源的及时切断,同时利用FPGA可重复编程的特点,便于后期对系统进行维护和升级。     

托卡马克中离子回旋频率范围内快波电流驱动的研究

在现在和未来的先进托卡马克装置中,离子回旋频率范围内的快波电流驱动都是一种不可或缺的非感应电流驱动方式。本文利用全波方程得到波电场和磁场分布,代入扩散系数并求解Fokker-Planck方程,采用自行编写的程序对快波在等离子体中的电子吸收功率和驱动电流等物理量进行数值求解。初步研究了快波频率和等离子体温度对电子吸收功率及电流驱动效率的影响,结果显示快波能传播到托卡马克等离子体的中心区域并被电子吸收;快波频率对电子吸收快波功率有显著的影响,在70～100 MHz波频率范围内电子对快波吸收效果较好,能有效驱动电流;另外在该频段内随着等离子体温度的升高,电子吸收效果变差。     

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。     

Phaedrus—T托卡马克中阿尔芬离子—离子混杂波加热

在Ｐｈａｅｄｒｕｓ－Ｔ托卡马克中，阿尔芬波由一个快波天线阵列间接驱动。小部分少数离子被证明对阿尔芬波谱有大的影响，这是在边缘测量的。通过测量色散特性已辨别离子－离混杂阿尔芬模。预计朗道阻尼是大的，并且是空间定域的。实验证明，这些阿尔芬波在托卡马克等离子体芯部附近产生相关的电子加热和密度变化。     

离子回旋频率波加热下的EAST等离子体锯齿行为研究

利用软X射线、中子注量检测诊断系统和偏振干涉仪（Polarimeter-interferometer,POINT）约束下的平衡反演算法（Equilibrium Fitting Algorithm,EFIT），对东方超环（Experimental Superconducting Tokamak,EAST）等离子体在离子回旋共振频率波（Ion Cyclotron Resonance Frequency wave,ICRF）在轴沉积加热下的锯齿周期，锯齿幅度，q=1面处等离子体压强梯度，q=1面的半径的变化情形进行了研究。研究发现，在轴沉积情况下，加入ICRF可以对锯齿起致稳作用（延长锯齿周期），锯齿周期与ICRF功率呈正相关；锯齿周期随着ICRF的加入或者ICRF功率的变化趋势，与锯齿幅度和q=1面处等离子体压强梯度变化趋势大体上一致；要改变q=1面半径，ICRF的功率可能需要到0.8 MW以上；在ICRF功率占比更高的加热条件下，锯齿周期和q=1面半径随着ICRF功率变化更敏感；EAST中ICRF产生的快离子和导致的q=1面半径的变化可能对锯齿行为有一定的影响。     

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.     

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...     

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。     

基于FPGA的EAST-ICRH天线相位测量研究

离子回旋波加热(ICRH)是EAST超导托卡马克核聚变实验装置加热等离子体的重要手段之一,而离子回旋加热天线电流带之间的相位关系影响到天线的加热效果。论文提出了一种基于FPGA的ICRH天线相位测量方案,采用双AD8302模块以及新的算法解决了相位测量的二值性和非线性误差问题,测量精度高。同时利用FPGA可编程的特点,使得系统的设计变得简洁灵活,便于后期功能的扩展。     

射频损耗下EAST四电流带ICRF天线电流带热-结构分析

为实现EAST装置等离子体高参数、稳态运行目标,需要高功率外部辅助加热,离子回旋共振(ICRF)加热是主要的辅助加热手段之一。由于ICRF天线运行频率高,因此ICRF天线的射频损耗较大,在天线表面的热负载较大。本文对EAST ICRF天线进行电磁分析的基础上得到天线的射频损耗分布。根据天线的射频损耗分布完成冷却流道设计,并通过对天线的热结构分析推算电流带的使用寿命,同时验证冷却流道结构设计的可行性与可靠性。     

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-ICRH系统高功率同轴隔直器的研制

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,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。离子回旋加热系统中的发射机和天线两者各有一个地电平,两个地电平会存在严重的相互干扰。高功率同轴隔直器的作用是用来隔断两者之间的直流通路,从而把两端的地电平分开,保证发射机和天线系统的正常运行。论文介绍了隔直器的原理、工程结构和设计指标,分析了S参数、端口驻波比的计算和仿真,最后给出了实际的隔直器参数曲线。     

EASTICRF天线电流带电磁分析

为了实现EAST托卡马克1000s以上的稳态先进模式运行的最终物理目标,两电流带双环共振(RDL)离子回旋共振（ICRF）天线被选择用来加热,电流带是ICRF天线关键部件,它通过近场区的耦合把能量传输到等离子体中。本文通过有限元方法对电流带在等离子体破裂和等离子体垂直位移事件两种工况下进行了电磁计算,给出了电流带感应电流密度大小分布情况、磁感应强度大小分布情况以及电流带所受的电磁力。利用电流带所受的电磁力作为载荷对电流带进行了结构分析,分析结果为验证电流带结构的可行性提供理论依据,分析方法对未来更高功率的ICRF天线电流带进行电磁分析具有一定的借鉴价值。     

环向非对称ICRF波情形下的波感应粒子箍缩的证据

在联合欧洲环（ＪＥＴ）的近轴高功率环向非对称ＩＣＲＲ（离子回旋频率范围）加热的实验中，首次观察到了射频（ｒｆ）波感应捕获离子的粒子箍缩。当波的方向在相反的环向时，放电中探测到了明显的差异。特别是发现快离子驱动的阿尔芬本征模活性、锯齿行为和质子分布函数受到强烈的影响。大量的放电分析表明，所观测到的差异与理论预言的ＩＣＲＦ感应粒子箍缩是一致的。     

托卡马克等离子体中快粒子触发的高频鱼骨模不稳定性研究

本文考虑托卡马克等离子体中快粒子的空间密度分布剖面,在中性束及电子回旋共振加热的条件下,建立了研究鱼骨模的色散关系并对鱼骨模作了数值研究。结果表明:快粒子对内扭曲模有致稳作用,且在近轴加热条件下可激发高频鱼骨模,其频率与快粒子的环向进动频率一致。鱼骨模的增长率与快粒子的密度梯度有关,一般随密度梯度的增加而增大。在高比压区间,勉强通行快粒子可驱动鱼骨模进入第二稳定区,在该区域鱼骨模是稳定的。     

EAST-ICRH发射机宽频阻抗匹配网络的研究及实现

EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)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。论文介绍了离子回旋发射机中阻抗匹配网络的原理及实现方法,并采用LabVIEW软件和PLC相结合的方式开发了一套阻抗匹配网络调节系统。     

SUNIST球形托卡马克的研究进展

球形托卡马克为聚变能的商业应用提供了一条可能的途径。中国联合球形托卡马克SUNIST以真空室的环向和极向都有绝缘隔缝为结构特征。该装置的主要任务是研究低环径比等离子体的基本特性和等离子体的非感应加热与电流驱动。包括同轴磁螺旋性注入电流启动、电极放电辅助电子回旋波电流启动、电子伯恩斯坦波以及离子高次谐波快波加热与电流驱动。装置已经顺利组装完毕,并安装了磁测量、静电探针和软X射线等基本的诊断系统。目前正处于系统联调阶段。     

EAST-ICRF传输线驻波电压测量系统设计

为准确测量EAST离子回旋波加热(ICRF)系统中的驻波电压,设计了一款传输线驻波电压测量系统。该系统利用传输线上的电压探针阵列,经检波器、光电隔离器和采集卡接入PC机的数据处理模块,并用LabVIEW数据采集处理软件将采集到的信号进行拟合。测量结果能够清楚地得到各电压探针的电压值,拟合结果具有明显的驻波特性,同时还可以将探针信号作为发射机的保护信号,用于保护发射机安全稳定运行。