HL-2M 装置 CO2 色散干涉仪研制

研制了一套新型 CO₂ 激光色散干涉仪用于 HL-2M 装置初始放电期间的电子密度测量。该系统采用 基于激光倍频的色散测量原理,能够消除机械振动产生的相位误差。该系统使用全新的调相式信号调制,研发了 相应的数据采集/处理/上传系统。根据实验测量结果表明,CO₂ 激光色散干涉仪和微波干涉仪测量曲线基本一致, 色散干涉仪系统的测量精度约为 2×10¹⁷m⁻³,密度测量上限能达到 10²¹m⁻³。     

HL-2A装置电子密度多道干涉测量实验系统

电子密度是核聚变等离子体研究中的一个主要物理参数,为获取电子密度时空分布的准确信息,结合HL-2A装置结构特点设计并建立了八道FIR激光干涉仪测量系统。在长光路的布局中采用了介质波导传输,研制了长谐振腔高功率HCN波导激光器。另外为减少干扰影响在差拍信号数据采集电子学中采用了数字锁相滤波FPGA技术, 并用软件和硬件两种相位比较方法监测电子密度,实现了密度随时间变化的实时显示。在等离子体放电中干涉仪系统测量精度可达1/33条纹,相应密度约为1.3×10¹¹cm^-3,时间分辨为0.1ms。     

微波共振探针及其在等离子体诊断中的应用

介绍了能够测量稳定和时变等离子体电子密度的微波共振探针,给出了其工作原理和在测量稳定、时变和瞬态等离子体电子密度中的应用。分析了传输模式和反射模式的工作过程及对测量范围、测量精度和空间分辨率等影响因素。结果表明,选用较长的探针有利于提高电子密度的测量范围和精度;选用的微波扫频源高端频率越高,频率分辨率越高,则电子密度的测量范围越大,测量精度越高。理论分析得出系统可测量的电子密度约为1.37×10⁸~4.1×10¹¹cm^-3。     

HL-2M装置真空室预装阶段检漏试验

通过在加工现场和安装现场搭建的真空辅助系统、四极质谱计及氦检漏仪组成的检漏系统,运用残 余气体分析和氦质谱检漏方法在冷态下对 HL-2M 真空室扇形段及真空室整体进行了真空检漏试验。对漏点进行 修复后,测试了真空室的极限真空度和总漏气率等。真空室经过 72h 的抽气后,真空度达到 3.7×10⁻⁵Pa,超过了 1.0×10⁻⁴Pa 的预期预抽真空度。用静态定容法测得的真空室漏放气率为 2.3×10⁻⁷Pa⋅m³⋅s⁻¹,小于设定的真空漏率 技术指标 5×10⁻⁷Pa⋅m³⋅s⁻¹。试验结果表明 HL-2M 装置真空室满足超高真空条件,符合设计要求。     

HL-2M 装置真空抽气系统的研制

HL-2M 装置真空抽气系统包括 4 套涡轮分子泵机组和 4 套低温泵机组。辅助系统主要由设备逻辑 控制与信号测量、水冷却循环系统和设备供气系统 3 部分组成。真空室经过 100℃烘烤后真空度达到 2.3×10⁻⁶Pa, 超过了设计预期真空度,满足超高真空技术要求。     

热锂束荧光探测电子密度

使用基于锂原子与电子碰撞激励产生荧光以测量电子密度的新方法,并用CCD摄象机和S20光电倍增管同时观察了锂原子6708?(²P⁰—²S)的荧光信号,并从光强分布曲线推算出电子密度的径向分布。 关键词：     

HL-2M 真空室保温层设计及安装

基于 HL-2M 真空室烘烤保温要求，通过有限元分析和原型件实验确定采用陶瓷纤维与纳米级微孔材 料组合作为 HL-2M 真空室保温材料。在 30℃时，保温层的导热系数小于 0.027W⋅m⁻¹·℃⁻¹；300℃时，导热系数 小于 0.038W⋅m⁻¹·℃⁻¹。在保温层厚度 25mm、热面温度 300℃且达到稳态时，冷面可控制在 85℃以下，线圈侧的 温度低于 60℃，整体热损失小于 12kW，满足 HL-2M 真空室烘烤需求。      

HL-2M 真空紫外光谱初始诊断系统研制

基于 Seya-Namioka 结构 200mm 焦距可换光栅,研制了 HL-2M 真空紫外(VUV)光谱诊断光谱仪。该 系统在 300~3000Å 的真空紫外光谱范围具有较高的探测效率,时间分辨优于 1µs。经过结构设计、光谱标定和安 装调试,单通道 VUV 光谱仪已成功安装在 HL-2M 装置中平面窗口。在 HL-2M 装置初始放电实验中,利用该系 统测量到 C、O、N 等杂质的多条特征谱线,展现出优秀的信噪比和高灵敏度。      

大气压等离子体炬电子密度的光谱诊断

利用空心针-板放电装置产生了大气压等离子体炬,采用光谱法测量了其内部及表面的电子密度. 向空心针中通入氩气,在大气环境中产生了长度为1cm的等离子体炬.实验分别测量了Hα谱线和ArⅠ(696.54nm)谱线,通过反卷积方法分离出其相应的Stark展宽,并由此计算了电子密度.结果发现,采用Hα谱线和ArⅠ(696.54nm)谱线Stark展宽计算得到的等离子体的电子密度分别为1.0×10¹⁵cm^－3和3.78×10^{15关键词： 等离子体炬 电子密度 气体温度 Stark展宽}     

HL-1M装置等离子体的MARFE现象

在HL-1M装置上用分子束注入等离子体的气体加料方法提高了等离子体的电子密度。当线平均电子密度从 4× 10 13cm-3 上升到 7× 10 13cm-3 时 ,利用多道辐射损失测量系统测量到来自等离子体边缘的非对称辐射现象。在强场侧等离子体辐射损失功率密度大大高于弱场侧而线平均电子密度、OⅥ杂质谱线和Hα 谱线明显增加     

HL-2A 装置中利用可见光谱段轫致辐射测量有效离子电荷数

通过测量可见光谱段的轫致辐射(λ=535.1nm)强度,结合等离子体电子密度和电子温度,HL-2A     

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The multichannel bremsstrahlung measurement system on HL-2A tokamak has been using to observe the intensity of visible (535.1nm) bremsstrahlung radiation. Combined the intensity with plasma electron density and electron temperature, the effective ion charge measurements can be obtained on HL-2A tokamak. The 1×10¹⁹m⁻³ to4×10¹⁹m⁻³ experimental results show that when the plasma electron density increases from 1×10 m to 4×10 m , the effective ion charge number changes from 5 down to around 2. The bremsstrahlung radiation signal intensity is proportional to the quadratic plasma density. When the electron density is higher than 3×10¹⁹m⁻³, the multichannel bremsstrahlung measurement system can collect sufficient signal through the plasma, which enables the measurement of effective ion charge radial profile.     

HL-2M 装置扫频 ECE 测量系统研制

为了测量 HL-2M 装置中的电子温度剖面分布,研制了一套扫频电子回旋辐射(SECE)系统。该系统 能够测量装置中心纵场大小在 1.4~2.2T 时的等离子体电子温度。采用扫频外差接收的方式,径向空间分辨达到 2.5cm,时间分辨达到 1ms。接收机前端的准光学系统采用两级金属反射镜的配置,系统能够接收的最小极向光 斑的直径为 1.5cm（波数 k_θ<4.2rad·cm^-1）。系统的频带范围覆盖 33~110GHz,采用 VCO 作为本振源,双边带混频 输出中频信号。后端首次采用高性能对数检波器解调中频,能直接对-70dBm 的微弱信号进行检测,输入-输出工 作区间的动态范围达到 45dB 以上。在实验期间,成功测量到了等离子体中电子逃逸以及回旋辐射产生的信号。     

HL-2A装置Nd:YAG激光汤姆逊散射多道测量系统

 利用Nd:YAG激光汤姆逊散射多道测量系统对等离子体多空间点的电子温度和密度进行了测量。用标准光源和电扫描单色仪构成的标定系统对散射光谱的响应系数进行了标定。给出了等离子体中心附近6空间点的温度和密度的测量结果,时间分辨率为100 ms,空间分辨率约为2.2 cm。对实验结果的不确定度进行了估计,为-12% ~ 12%。实验结果证明：系统可测量等离子体温度的空间范围为-35 ~ -3 cm,实验数据稳定可靠。     

HL-2M 低杂波电流驱动系统研制

HL-2M 装置的 LHCD 系统已经完成了包括 2MW 波源、2MW 传输线和 4MW 天线的工程研制,该 系统参数指标为 3.7GHz/2MW/3s,使用 4 只 TH2103C1 型速调管。建成了 4 条 500kW 功率容量的传输线,研制 了 1 套 4MW 功率容量的低杂波天线,并完成了与系统配套的电源、微波源、传输部件、控保系统以及水冷、真 空、测量采集等辅助系统的研制。     

LHCD系统微波激励源性能优化设计

使用数字锁相环技术实现一定带宽内高精度可调节的频率输出,解决了速调管长期工作后响应频率发生偏移,模拟锁相环无法工作在系统最佳频率的问题;在移相器后增加功率幅度控制电路,保证了线性放大器的输出功率不会受到相位调节的影响;设计了一种基于数模转换(D/A)技术与微波电调技术相结合的波形控制单元,解决了激励源输出波形不可控的问题。通过以上三方面的改进,完成了HL-2M装置LHCD系统微波激励源的性能优化设计。