基于深度神经网络的HL-2A等离子体水平位移研究

基于门控循环单元(GRU)的神经网络,构建预测模型的网络拓扑结构,训练和测试了HL-2A装置等离子体水平位移系统响应模型。测试结果显示了该模型对43%的样本数据的拟合度超过80%。把该网络模型作为被控对象,使用基于径向基函数(RBF)神经网络的模型参考自适应控制(MRAC)算法,设计了一个HL-2A等离子体水平位移的MRAC系统。仿真结果显示,该控制系统的输出响应能快速地跟踪各种输入参考信号,控制器能够较好地控制等离子体的水平位移并具有强的抗扰动能力。     

自适应控制在HL-2A等离子体电流控制中的应用

研究了一种新型的坚实可靠的自适应控制算法在HL-2A装置等离子体电流控制中的应用，并使用MATLAB进行了计算机仿真。结果表明，该控制方法与典型的PID控制相比，能显著地提高系统的动态响应性能。且具有较好的抗干扰性。     

用有限电流元法识别HL-2A 装置的等离子体边界

在电流丝模型对HL-2A装置等离子体边界重建取得满意结果[3]、[5]的基础上，本文用有限电流元模型对HL-2A等离子体边界进行了重建研究。计算和实验结果表明，在通常情况下，有限电流元模型比固定电流丝模型的重建误差稍小，前者误差小于3mm，后者误差小于6mm。当部分有限电流元分布在等离子体边界之外时，用有限电流元模型仍然可以成功重建边界。有限电流元的位置在一定范围内变化时，重建的误差都很小。用普通奔腾4 2.4GHz PC机计算一组等离子体放电边界的时间不超过1ms。有限电流元法能准确而快速地识别等离子体的偏滤器位形，这对于HL-2A装置的实时位形控制是基本和重要的。     

HL-2A等离子体的控制和边界识别

在托卡马克装置中，等离子体控制是一项重要的基础性工作，是托卡马克装置等离子体能够平衡、正常放电运行重要而基本的条件。这项工作包括等离子体电流、位置、形状、密度、电流分布、q值的控制和等离子体破裂控制等。其中电流、位置和密度的控制是圆截面等离子体的基础性工作；对于非圆截面装置，除了电流、位置和密度的控制之外，形状的识别和控制又是必不可少的基础性工作。这其中等离子体形状的识别和位置控制又是最复杂和最困难的。本论文给出了HL-2A装置等离子体电流和水平位移控制的理论模型和MATLAB仿真结果，并具体介绍了目前HL-2A装置等离子体控制系统的软、硬件组成。     

用B2程序模拟HL-2A装置附着状态等离子体

用大型边缘多流体二维等离子体输运数值模拟程序B2模拟了HL-2A装置外偏滤器以及与之相连的刮削层内的等离子体。在不同的中心密度运行区，纯氢放电的HL-2A偏滤器可以形成不同的再循环运行模式，即线性或高再循环模式。通过控制模拟刮削层与芯部等离子体交界面处的等离子体参数，可实现对HL-2A装置再循环模式的控制。     

HL-2A装置快速扫描气动探针的研制和运用

快速扫描气动探针已在HL- 2A 装置上用于对边缘等离子体参数的径向分布的测量, 特别是刮离层等离子体参数的特征长度和扰动的测量。该系统采用精密的气动气缸驱动带有探针组件的长驱动杆, 其最快速度可在60 ms 时间内水平扫描8 cm 的距离。探针信号测量具有1MHz 的快速时间响应和0. 04 mm 的空间分辨率。可靠地测量了HL- 2A 装置边缘电子温度和密度的时空分布。     

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介绍了HL-2A等离子体密度反馈控制系统的设计和实现。从密度反馈控制系统的设计原理、硬件设计和软件设计几方面,论述了等离子体密度反馈系统在HL-2A装置上的实现。实验证明,该系统实现了维持稳定可靠的密度波形的要求。     

等离子体理论和模拟研究进展

2006年等离子体理论与模拟研究室主要围绕以下2个方向展开了研究活动。进行了HL-2A装置的升级改造和实验的数值模拟，例如：HL-2A装置弹丸注入实验模拟和HL-2M装置平衡位形设计；对一些热门的等离子体物理问题进行了研究，例如：Streamer与电子温度梯度湍流的相互作用，剪切流和输运垒的形成机制等。     

HL-2A装置反馈控制系统程序放电的实现

HL-2A装置反馈控制系统的主要任务是逐步实现对等离子体电流、位移、形状和密度的实时反馈控制，从而能够按照实验目的对托卡马克等离子体进行各种试验。主要介绍了HL-2A装置反馈控制系统的硬件组成以及软件的结构和特点。这个系统能够很好地满足HL-2A装置程序放电的要求。     

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设计了HL-2A装置主机真空室烘烤温度反馈控制系统,用实验法获得系统近似数学模型,建立了HL-2A装置烘烤系统阶跃响应模型。运用控制理论对系统性能指标进行了设计分析,利用Simulink软件对控制系统进行了稳定性分析,通过西门子PLC300系统对此控制系统进行了软硬件实现。     

Plasma shape optimization for EAST tokamak using orthogonal method

It is necessary to reduce the currents of poloidal field(PF) coils as small as possible, during the static equilibrium design procedure of Experimental Advanced Superconductive Tokamak(EAST). The quasi-snowflake(QSF) divertor configuration is studied in this paper. Starting from a standard QSF plasma equilibrium, a new QSF equilibrium with 300 kA total plasma current is designed. In order to reduce the currents of PF6 and PF14, the influence of plasma shape on PF coil current distribution is analyzed. A fixed boundary equilibrium solver based on a non-rigid plasma model is used to calculate the flux distribution and PF coil current distribution. Then the plasma shape parameters are studied by the orthogonal method. According to the result, the plasma shape is redefined, and the calculated equilibrium shows that the currents of PF6 and PF14 are reduced by 3.592 kA and 2.773 kA, respectively.     

Saha model including volumes of ions

A model of the ionization equilibrium of plasma (the Saha model) is constructed while taking into account the degeneracy of free electrons and the inherent volume of ion cores. The absence of corrections on the charge-particle interaction (the corrections on nonideality) is substantiated. The calculations showed that taking into account the inherent volume of ion cores explains the phenomenon of ionization by compression at high density and taking into account the degeneracy substantially improves the accuracy of thermodynamic functions in this region. All this makes it possible to advance the model of ionization equilibrium far beyond the gas region and extend it into the region of liquid plasma.     

Construction of exact plasma equilibrium solutions with different geometries

Infinite families of exact isotropic and anisotropic plasma equilibria with and without dynamics can be constructed in different geometries, using the representation of the static MHD equilibrium system in coordinates connected with magnetic surfaces. A sample equilibrium anisotropic model of Earth magnetosheath plasma is given.     

超强超短激光场有质动力电离产生极端非平衡态等离子体——一种新的强场电离模型

提出了极短脉冲超强激光 (相对论性 )与原子相互作用中的有质动力电离模型的新概念 ,并给出数值模拟结果。基于该电离机制 ,可以产生处于极端非平衡态的等离子体     

HT－7托卡马克中等离子体平衡研究

本文解决了二维轴对称近似下带铁芯的托卡马克中等离子体平衡问题，计算了ＨＴ－７托卡马克中的等离子体平衡位形以及极向场系统的非线性电感和垂直场系数。最后应用Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ方程组和平衡垂直场公式得到了一组等离子体、加热场和垂直场线圈的电流波形的自洽曲线。     

反场构形磁化等离子体的一种解析平衡模型

反场构形（FRC）预加热磁化等离子体是磁化靶聚变（MTF）中等离子体靶的主要形成方法之一。为了从物理机理及物理本质上更好地理解反场构形磁化等离子体的平衡状态,依据FRC等离子体的经典刚性转子（RR）模型,通过对平衡状态的解析求解,获得了等离子体各主要参数在平衡状态下的分布函数,并与标准二维磁流体力学（MHD）的数值模拟结果进行对比分析,在此基础上讨论了RR模型参数对平衡状态分布函数的影响。结果表明,在FRC等离子体分界线内部,RR解析模型可以较好地描述等离子体状态分布。     

Effect of shear equilibrium flow in Tokamak plasma on resistive wall modes

A code named LARWM with non-ideal magnetohydrodynamic equations in cylindrical model is used to describe the instability in Tokamak plasma surrounded by a conducting wall with finite resistivity. We mainly take three factors related to the shear equilibrium plasma flow into consideration to study the stabilizing effect of the shear flow on the resistive wall modes (RWMs). The three factors are the velocity amplitude of flow, the shear rate of flow on plasma surface, and the inertial energy of equilibrium plasma flow. In addition, a local shear plasma flow is also calculated by the LARWM code. Consequently, it is found that the inertial energy of the shear equilibrium plasma flow has an important role in the stabilization of the RWMs.     

HT—6M闭环反馈平衡控制系统

本文描述HT-6M托卡马克装置闭环反馈平衡控制系统的结构组成,通过对各个环节的简化,得到了有效实用的数学模型,进而分析了系统稳态和动态性能。实验结果表明,该系统运行可靠;并且,将等离子体环水平位移控制在2mm以内。     

A hybrid Monte Carlo/fluid model of RF plasmas in aSiH4/H2 mixture

A fluid model for simulating the capacitively coupled steady RF plasmas in a monosilane-hydrogen mixture under plasma-processing conditions is developed. This model includes Monte Carlo treatment for electron transport properties in the mixture. The Monte Carlo simulation shows that the electron transport phenomena in the nonuniform RF field of 10 MHz are not in equilibrium with the local electric field. The nonequilibrium transport properties are incorporated in the fluid model (hybrid model) by modifying the equilibrium values of the swarm parameters using data from the Monte Carlo simulation. Using this model, the spatiotemporal variations of the charged species and the electric field in the sheath region of the RF plasma are calculated. For obtaining the steady RF plasma structure, ion-induced slow processes such as recombination and diffusion of ions are calculated by combining the hybrid model with rate equations for ions. Using the calculated steady RF plasma structure, a preliminary calculation of the silyl (SiH ₃) and hydrogen (H) radical distributions caused by the generation, diffusion, and reaction of the radicals are carried out. The effect of sticking on the profile of the radical distribution is presented     

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欧姆驱动条件下,托卡马克等离子体中的电流由欧姆驱动电流和等离子体内部的自恰电流构成。在简单的Spitzer电阻率模型下,欧姆驱动的环向电流密度剖面,主要由每一时刻的电子温度剖面和有效电荷数Zeff的剖面决定。讨论并给出了确定了平衡位形的基本方程,在大环径比近似下,给出了存在锯齿振荡条件下的环向电流剖面和小的非圆变形的平衡解。