快波与低杂波协同作用的数值研究

在二维Fokker- Planck 方程求解的程序中, 把含有相对论、准线性效应二维快Fokker- Planck 方程的求解子程序与波的射线轨迹程序相结合, 采用了5 点模板对动量空间进行离散化处理, 调用了NAG 库子程序D03UAF 对方程求解。根据FTU 装置的参数, 对LHW 天线不同位置处辐射的功率谱进行了电流驱动的模拟计算, 结果表明: LHW 天线上不同位置处发射的波, 无论有没有FW, 功率的沉积剖面和驱动电流剖面都依赖于天线的位置; 低杂波和快波( LHW+ FW) 双波协同作用下LHW 驱动等离子体电流的效果得到了明显地改善。     

托卡马克等离子体中的电子回旋波电流驱动

通过将波迹方程与相对论情况下的完全Fokker-Planck方程联合进行求解,研究了寻常波基频电子回旋波从托卡马克等离子体中平面弱场侧发射时的电流驱动。数值结果表明:随着等离子体电子密度、温度的提高, 功率沉积和电流分布的位置将向等离子体的边缘方向偏移,并且产生的总的驱动电流随之减小;入射波极向发射角和环向发射角度的改变对功率沉积、电流分布及其大小产生明显的影响。     

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利用MEC和LSC耦合的程序研究了EAST天线不同的相位差 对功率谱的影响及对功率沉积位置和电流分布的影响。通过计算发现,随着 的增大,功率谱的结构发生了改变,当 >200°后功率沉积和电流密度分布由原先的向外层移动变为向内层移动; =200°时形成一个离轴最远的驱动电流, =120°、 =260°时分别得到电流强度最小和最大的驱动电流。因此可以通过选取合适的天线相位差 ,实现对低杂波功率沉积和驱动电流剖面的控制。     

发射波功率密度对电子回旋波电流驱动的影响

采用高斯光束的研究方法,结合Fokker-Planck方程,在堆级等离子体条件下模拟了发射波功率密度的改变对电子回旋波功率沉积以及电流驱动的影响。结果表明,高功率密度的波束会拓宽功率沉积剖面,使功率沉积的位置略有外移,电流驱动效率略有降低。     

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采用高斯光束的研究方法,结合Fokker-Planck方程,在堆级等离子体条件下模拟了发射波功率密度的改变对电子回旋波功率沉积以及电流驱动的影响。结果表明,高功率密度的波束会拓宽功率沉积剖面,使功率沉积的位置略有外移,电流驱动效率略有降低。     

波束方向探测技术的注入式仿真系统验证

这篇文章主要介绍采用功率探测仪方式的注入式仿真系统对波束方向地面探测试验系统进行验证的系统设计和软、硬件控制与实现。通过向注入式仿真系统输入模拟目标星在不同位置发射的信号功率,以及目标星在平台坐标下的角度和位置信息,一方面确定地面探测试验系统技术方案的可行性和检测相关设备的性能,另一方面验证对目标星发射天线主波束方向的探测是否满足精度要求。通过仿真试验证明该注入式仿真系统不仅使用方便、节约成本,而且通过控制相关仪器设备能够准确记录地面探测试验系统对目标星仿真数据的计算信息,进而实现验证。     

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用有限拉莫尔半径(FLR)修正的相对论色散关系进行了数值模拟，研究了电子回旋波在高温、高密等离子体的功率沉积，并将计算结果与应用弱相对论Fokker-Planck方程得到的结果进行了比较。结果表明，在高温、高密等离子体中，波功率的吸收非常集中；平行折射率、极向发射位置和发射波频率的变化都会影响波功率沉积的大小和分布；平行折射率变大后，FLR效应会使波的阻尼减少。     

基于空频时间反演的空间功率合成技术

采用天线组阵辐射的方式实现空间功率合成,是获取高功率微波的有效途径。利用奇异值分解空频矩阵获取时间反演后向传输信号,天线阵列再次发射这些信号,能完成目标探测,同时在目标位置处实现空间功率合成。基于相同的峰值发射功率,频率提高后的空频时间反演方法合成功率达到了理想合成功率的87.39%;而TD-DORT方法仅为理想合成功率的19.55%。频率提高后的空频时间反演方法具有功率合成方面的高效性,探测目标的同时在目标位置处合成高功率微波,为空间功率合成提供了一种新的方法与途径。     

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采用等离子体分层模型,利用WKB近似研究了离子回旋共振加热(ICRH)天线发射谱n||对离子回旋波在托卡马克等离子体的表面功率反射系数、吸收衰减的影响,数值模拟了不同天线发射谱n||条件下快波少数离子加热的效果.模拟结果表明,当其它实验参数一定时,ICRH天线发射合适的n||能提高天线与等离子体的耦合效率,增强少数离子加热的效果.     

大面积表面波等离子体源微波功率吸收的数值模拟研究

建立了大面积矩形表面波等离子体(SWP)源全尺寸的三维模型,用数值模拟的方法研究了SWP源基于碰撞的功率吸收问题,给出了随等离子体参数变化的微波反射率曲线,分析了不同天线对微波功率沉积的影响,并讨论了微波功率吸收和表面波的定性关系. 结果发现,均匀放电的SWP源功率沉积本质是由表面波等离子体的性质决定的,等离子体密度太大或太小都不利于功率吸收. 在正常工作气压下,SWP源通过碰撞机理即可以实现微波功率的有效沉积,微波吸收率可达80%以上,与已有实验相符. 本研究同时发现,天线阵列激发的表面波模式越紧凑,强度越大,越有利于微波的吸收. 关键词： 时域有限差分法 等离子体表面波 功率吸收 狭缝天线     

Simulation on effect of poloidal power spectrum on lower hybrid wave propagation

The coupling of lower hybrid wave to the plasma is a crucial issue for efficient current drive in tokamaks. This paper establishes a new coupling model which assumes the antenna to be a curved face and the plasma to be a cylinder. Power spectrum considering the coupling between wave-guides in both poloidal and toroidal direction is simply estimated and discussed. The effect of the poloidal wave vector on wave propagation, power deposition and driven current is also investigated with the help of lower hybrid current drive code. Results show that the poloidal wave vector affects the ray tracing, and also has effect on power deposition and driven current. The effect of the poloidal wave vector on power deposition and driven current profile depends on plasma parameters. Preliminary studies suggest that it seems possible to control the current profile by adjusting the poloidal phase difference between the waveguide in poloidal direction.     

Design of the Upgraded TJ-II Quasi-optical Transmission Line

TJ-II plasma start-up and heating are made by electron cyclotron resonance waves at the second harmonic of the electron cyclotron frequency. Two quasi-optical transmission lines transmit the microwave power of the gyrotrons to the vacuum vessel. The first line launches the microwave power under fixed injection geometry, i.e. there is no possibility to change the launching angle and the wave polarization. The second line has a moveable mirror installed inside the TJ-II vessel. To get high absorption efficiency and a narrow energy deposition profile the internal mirror focuses the wave beam at plasma center.To get more flexibility in the experiments on heating and current drive the first transmission line needs to be upgraded. The design is presented in this paper. The new launching antenna includes an internal mirror to focus the beam and to change the injection angle. Both launchers are then symmetrical. A polarizer consisting of two corrugated mirrors is used to get any wave polarization. Two mirrors with an array of coupling holes and calorimetric measurements of the energy absorbed in the barrier window allow the estimation of the microwave power launched into the TJ-II.     

Experimental characteristics of a lower hybrid wave multi-junction coupler in the HT-7 tokamak

A phase-controlled lower hybrid wave (LHW) multi-junction (MJ) coupler (3(rows)×(columns)× (subwaveguides)) has been developed in the HT-7 tokamak. Simulations show that it is more effective for driving plasma current than an ordinary phase-controlled LHW antenna (3(rows)×12(columns)) (traditional coupler). The plasma--wave coupling experiments show that the reflection coefficient (RC) is below 10%, implying that the MJ grill can launch the wave into the plasma effectively. The effect of power spectrum launched by the MJ coupler on RC indicates that an optimal condition is requisite for a better coupling in the lower hybrid current drive (LHCD) experiments. Studies indicate that the drive efficiency of the MJ antenna is higher than that of the traditional one, which is mainly ascribed to the discrepancy in impurity concentration, plasma temperature, and spectrum directivity. An improved confinement with an electron internal transport barrier is obtained by LHCD. The analysis shows that the modified negative (low) magnetic shear and the change of radial electric field profile due to LHCD are possible factors responsible for the eITB formation.     

托卡马克等离子体不同运行模式下的电子回旋波电流驱动

在给定等离子体密度分布下，从电子、离子的能量方程出发，根据不同运行模式下等离子体的热传导率不同，分别求出了中心负剪切模式，常规剪切H模式和L模式下的等离子体温度分布，然后通过求解波迹方程与相对论情况下的Fokker-Planck方程，分别计算了这些模式下的电子回旋波电流驱动和波功率沉积.得到在中心负剪切下，驱动电流最大，驱动效率最高，功率沉积和电流分布区间跨度大；在常规剪切H模式下，驱动电流较小，分布区间跨度比较窄，驱动效率相对较低；在常规剪切L模式，驱动电流效率最低，分布区间跨度也非常集中. 关键词： 托卡马克 电子回旋波电流驱动 中心负剪切 常规剪切     

Optimized calculation of the synergy conditions between electron cyclotron current drive and lower hybrid current drive on EAST

The optimized synergy conditions between electron cyclotron current drive(ECCD) and lower hybrid current drive(LHCD) with normal parameters of the EAST tokamak are studied by using the C3PO/LUKE code based on the understanding of the synergy mechanisms so as to obtain a higher synergistic current and provide theoretical reference for the synergistic effect in the EAST experiment. The dependences of the synergistic effect on the parameters of two waves(lower hybrid wave(LHW) and electron cyclotron wave(ECW)), including the radial position of the power deposition, the power value of the LH and EC waves, and the parallel refractive indices of the LHW(N) are presented and discussed.     

微型无刷直流电机位置系统的过程控制

为了实现机械相控阵列天线的波束扫描,采用微型无刷直流电机驱动螺旋天线单元转动来到达预定的辐射相位。设计了一种新型微型无刷直流电机位置控制系统,构建了比例滑模面-超螺旋二阶滑模控制器用于速度控制,利用结合速度剖面策略的PID控制算法实现了转动位置的中间过程控制。建立了基于Simulink的系统仿真模型,验证了方案的可行性,并构建了FPGA硬件实验平台。仿真和实验结果均表明,微型无刷直流电机驱动天线单元精确按照预设的速度剖面曲线运行,在50 ms控制周期内转动角度达到180°,中间控制过程的位置跟踪误差和平衡位置处的残余震荡误差均小于±3°。     

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应用改进后的低杂波电流驱动程序对EAST进行了低杂波电流驱动的数值模拟。通过模拟发现,波注入位置、功率谱、等离子体温度和密度对低杂波的功率沉积和电流驱动剖面分布有很大影响。通过选取合适的低杂波功率谱、等离子体温度和密度,可以实现对其功率沉积和电流驱动剖面分布的控制。     

EAST低杂波电流驱动的数值模拟

应用改进后的低杂波电流驱动程序对EAST进行了低杂波电流驱动的数值模拟。通过模拟发现,波注入位置、功率谱、等离子体温度和密度对低杂波的功率沉积和电流驱动剖面分布有很大影响。通过选取合适的低杂波功率谱、等离子体温度和密度,可以实现对其功率沉积和电流驱动剖面分布的控制。     

托卡马克等离子体不同平衡位形下的电子回旋波电流驱动

在给定的等离子体总电流和中心电流密度条件下,数值求解平衡方程,求出不同拉长比和三角形变因子的托卡马克等离子体温度、密度、磁场分布,然后通过求解波迹方程和Fokker-Planck方程,分别计算这些位形下的电子回旋波波迹和电流驱动.结果表明：电子回旋波X模从顶部发射时,随着拉长比的增大,波迹会向弱场侧偏移.电子回旋波X模从弱场侧发射时,电子回旋波在等离子体中传播沉积的功率份额随着拉长比的增大而增加,驱动电流位置随着三角形变因子的增大向等离子体中心移动.驱动电流位置随环向和极向发射角的减小向中心移动,对应的电流密度峰值也变大.