EAST 装置电子回旋辐射二维成像系统的屏蔽优化

介绍了EAST 装置上的384 道(极向24 道径向16 道)的外差混频式电子回旋辐射成像诊断系统及其在EAST 及其复杂的电磁环境中的运行情况。在低杂波电流驱动期间,高灵敏度的电子回旋辐射成像系统受到严重干扰以至于无法提供正确的实验数据。通过优化系统各模块的接地、外加多层铜网屏蔽等措施,使得ECEI 系统屏蔽效能与改善之前相比提高了40dB,基本保障了EAST 装置上电子回旋辐射成像诊断的正常工作。     

用于等离子体相干模式自动识别的谱聚类算法实现

高约束模式对改善等离子体约束有着重要意义,但目前主要依赖人工进行模式识别,其效率低、成本高,导致核聚变装置中大量的诊断数据没有得到充分分析.为了解决这个问题,本文将机器学习中的谱聚类算法应用到EAST托卡马克装置上的电子回旋辐射成像、一维诊断系统电子回旋辐射计、磁探针、软X射线和快辐射等不同诊断系统的数据上,在时域及频域上识别出了锯齿模,验证了谱聚类方法的迁移性及准确性,解决了监督学习在数据处理上迁移性差以及需要依赖大量标签数据的问题.此外,本文实现了特定模式的筛选;最后利用电子回旋辐射成像及磁探针数据发现了一种可能的新模式,为新模式探索提供了一种新思路.     

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在HT-7装置上建立了一套高速CCD可见光成像诊断,测量了边界等离子体的可见光辐射成像.在HT-7装置放电中,首次观察到在等离子体边界区域存在一条极向旋转的可见光辐射带,由CCD诊断系统得到其极向旋转的频率为858Hz.根据多道Hα阵列测量得到极向旋转频率为952Hz.多道磁探针信号测量发现,等离子体内部存在m/n=3/1的电磁模,该模的旋转频率为972Hz.从电子回旋辐射诊断系统得到的电子温度剖面发现该模的磁岛宽度约为2.5cm.     

应用高速CCD诊断研究HT-7装置边界等离子体旋转

在HT-7装置上建立了一套高速CCD可见光成像诊断,测量了边界等离子体的可见光辐射成像。在HT-7装置放电中,首次观察到在等离子体边界区域存在一条极向旋转的可见光辐射带,由CCD诊断系统得到其极向旋转的频率为858Hz。根据多道H_α阵列测量得到极向旋转频率为952Hz。多道磁探针信号测量发现,等离子体内部存在m/n=3/1的电磁模,该模的旋转频率为972Hz。从电子回旋辐射诊断系统得到的电子温度剖面发现该模的磁岛宽度约为2.5cm。     

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在HL-2A装置的电子回旋辐射(ECE)外差测量中,为实现电子温度剖面分布的绝对测量,采用双温度法和磁场扫描法分别对扫频和多道ECE测量系统进行了标定,获得了各道间的相对标定系数,并利用等离子体中心道Thomson散射测量的电子温度对ECE测量系统进行了绝对标定。结果表明,这两种方法都能实现可靠的标定,并对两者的优劣进行了比较和讨论。     

用光电探测器测量核聚变装置等离子体辐射损失功率

本文叙述了使用十六道光电二极管测量系统,对中国环流器新一号核聚 变装置等离子体辐射损失功率的测量结果。主要实验结果如下：（1）电子回旋波（ECW）波注入,辐射损失功率随时间的变化。（2）弹丸注入等离子体后辐射功率密度增加了1．5倍。（3）超声分子束注入到等离子体后,辐射功率密度增加了30％。     

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用TSC程序模拟了EAST装置等离子体放电的全过程。模拟中考虑了自举电流，并加入了离子回旋共振加热ICRH和快波电流驱动FWCD，得到了中心电子温度4.5keV、中心离子温度3.8keV、中心电子密度1.2×1020m–3的D形截面的等离子体。根据模拟结果对EAST装置进行了伏秒数分析，并研究了不同等离子体电流上升时间、有效电荷数Zeff对放电的影响。     

CFETR微波诊断预研与设计进展

针对最新的中国聚变工程实验堆(CFETR)零维物理设计参数，对微波诊断进行了研究以及设计工作。为了能够得到完整的密度分布，微波反射计需要同时在高场侧和低场侧进行测量，并采用寻常模以及左旋和右旋非寻常模结合的方式。电子回旋辐射一次谐频的寻常模用来测量芯部电子温度分布，而二次谐频的非寻常模测量能提供边缘温度分布。为了验证新技术在CFETR 上的可用性，EAST 装置上发展了基于频率选择表面的多波段耦合器，为CFETR 的多波段耦合的技术需求提供了可行的预研解决方案。     

EAST 电子回旋共振加热效果的数值模拟和分析

为了给EAST 电子回旋共振加热物理实验提供理论依据和模拟预测,从电子热输运方程出发,运用 CRONOS 输运程序对不同等离子体和波参数下,电子回旋加热效果进行了数值模拟计算。给出不同电子回旋波功率、入射角、电子密度和纵场等参数对电子回旋加热效果的影响,预测在不同参数下,电子温度、等离子体总内能和能量约束时间的变化,分析了其原因,并与实验结果进行了初步的比较。     

EAST电子回旋共振加热效果的数值模拟和分析

为了给EAST电子回旋共振加热物理实验提供理论依据和模拟预测,从电子热输运方程出发,运用CRONOS输运程序对不同等离子体和波参数下,电子回旋加热效果进行了数值模拟计算。给出不同电子回旋波功率、入射角、电子密度和纵场等参数对电子回旋加热效果的影响,预测在不同参数下,电子温度、等离子体总内能和能量约束时间的变化,分析了其原因,并与实验结果进行了初步的比较。     

快速应对电网闪对EAST低温系统影响研究

EAST氦低温系统是EAST(Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)先进超导托卡马克实验装置重要子系统之一;EAST氦低温系统是高能耗能系统,拥有7台氦压缩机(4台低压缩机,3台高压缩机),总功率达到1.4 MW左右,由于EAST实验是连续运行(每次在120天以上),中间不能有停机、停电等事故,否则实验无法正常运行。其供电稳定性是个大问题,对供电系统、变电站的要求都很高;然而在实验期间由于一些非人为因素,还是出现几次"电网闪"跳电事故,低温系统压缩机部分或全部停机、氦透平膨胀机全停、冷却水泵系统全停、真空泵系统全停等事故。若事故处理不当会导致丢气、管道压力过高、液氦容器爆炸、损坏磁体等严重后果。文中给出了EAST实验期间出现电网闪的事故时进行相应处理步骤与一些快速应对的操作经验。     

全超导托卡马克中性束注入系统离子吞食器工程设计

结合全超导托卡马克中性束注入系统（EAST NBI）的工作原理,采用水冷热测靶形式的离子吞食器回收和测量未被中性化粒子。根据EAST NBI系统对离子吞食器物理特性、空间限制、测量需求及冷却性能等方面的要求,对靶板材料选择、结构设计及布置等进行了分析,给出了离子吞食器具体设计方案。该方案单侧吸收靶板呈V形结构,单个靶板冷却方式采用内置并联冷却水管结构。根据该方案加工获得了EAST NBI系统离子吞食器装置。仿真和实验校验结果验证了本装置可以满足NBI系统4 MW高功率、10 s长脉冲的运行要求。     

EAST超导托卡马克冷屏结构与受力分析

EAST是一个全超导磁体系统的托卡马克实验装置,超导纵场和极向场磁体工作在4K温区下。在磁 体和其它发热部件之间布置有冷屏系统,以减少作用到所有低温冷质部件上的热载,将其保持在最低水平。该系 统包括真空室冷屏(内冷屏)和外真空杜瓦冷屏(外冷屏)两部分。在分析了冷屏低温运行时所受热应力以及等离 子体破裂时所受电磁载荷的基础上,运用大型有限元分析程序NASTRAN,对其不同载荷状况进行了数值计算,为其 结构设计与优化提供了理论依据。     

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中性束注入是等离子体加热和电流驱动的重要方式之一,对EAST中性束注入的精确模拟对未来物理实验至关重要.采用ONETWO和NUBEAM程序模拟4MW、80keV中性束同向注入,不同的等离子体密度剖面导致不同的电子和离子加热、穿透功率损失、束驱动电流以及中子发射等.等离子体密度在以上的物理参数的演化中起着重要的作用.对EAST两种密度方案下中性束注入的效果进行了分析和讨论,并对未来中性束实验提供了一些预言性的建议和方案.     

EAST真空室内巡视系统的真空性能研究分析

介绍了EAST真空室内巡视系统(IVVS)系统对EAST真空室第一壁进行巡检操作的工作原理,并基于系统部分材料出气率测试对其真空性能进行了分析。获得了在有效抽速为1064L•s^–1的条件下,IVVS系统试验样机所采用的真空容器的极限真空度为3.37×10^–3Pa。为优化IVVS真空性能,结合材料放气率试验,将部分材料更换为放气率低的材料,对系统进行烘烤处理,并对其中的相关结构提出了优化方案。优化后系统的真空性能有明显提高,在同等抽速条件下的极限真空度在1×10^–4Pa范围内,能够满足EAST接受的真空环境要求。此外,抽气机组增添低温泵可以更进一步提高系统的真空性能。     

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介绍了EAST真空室内巡视系统(IVVS)系统对EAST真空室第一壁进行巡检操作的工作原理,并基于系统部分材料出气率测试对其真空性能进行了分析.获得了在有效抽速为1064L·s–1的条件下,IVVS系统试验样机所采用的真空容器的极限真空度为3.37×10–3Pa.为优化IVVS真空性能,结合材料放气率试验,将部分材料更换为放气率低的材料,对系统进行烘烤处理,并对其中的相关结构提出了优化方案.优化后系统的真空性能有明显提高,在同等抽速条件下的极限真空度在1×10–4Pa范围内,能够满足EAST接受的真空环境要求.此外,抽气机组增添低温泵可以更进一步提高系统的真空性能.     

EAST中加热功率对弹丸注入加料效率的影响

介绍了 EAST 装置气动加速氘弹丸注入加料系统和不同加热功率条件下弹丸加料效率的实验结果。 当等离子体加热功率从 1MW 逐渐增加到 10MW 时,弹丸加料效率从 60%降低到 10%。加热功率的升高导致弹 丸粒子的沉积深度 λp/a 降低达 50%左右,从而导致大量的弹丸粒子沉积在等离子体边界。     

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介绍了基于PLC的EAST LHCD -35kV/5.6MW高压电源反馈控制系统设计。系统采用工控微机(PC)和PLC对高压电源进行控制,采用PID控制算法实现高压电源电压的反馈控制。操作系统是基于QNX实时操作系统。实验结果证明,该反馈控制系统具有良好的控制性和可靠的保护性。