EAST高时空分辨极向弯晶谱仪系统的升级及初步实验结果

为了拓宽等离子体参数测量范围,对EAST极向弯晶谱仪(PXCS)进行了升级改造。配合高通量大面积水冷固体探测器,提高了极向弯晶谱仪系统的光子计数率、时间分辨率、空间探测范围以及长时间运行稳定性,并在EAST装置上成功运行。实验结果表明,升级后的谱仪获得了高信噪比的类氦氩离子的母线及其一系列伴线谱,通过光谱拟合分析给出了等离子体温度时间演化及其剖面信息,测量结果与切向弯晶谱仪的数据一致,验证了极向弯晶谱仪的升级结果和数据测量的可靠性,并且在EAST长脉冲实验运行也能够稳定地提供全时间的参数分布。     

Toroidal rotation induced by 4.6 GHz lower hybrid current drive on EAST tokamak

Using a tangentially viewing x-ray imaging crystal spectrometer, substantial co-current rotation driven by lower hybrid current drive(LHCD) at 4.6 GHz is observed on EAST tokamak. This study presents plasma rotation behaviors with 4.6 GHz LHCD injection. Typically, the 10-20 km/s co-current rotation change and the transport of rotation velocity from edge to core are observed. The relationship between plasma parameters and rotation is also investigated, indicating that rotation decreases with increasing internal inductance(l_i) and increases with increasing safety factor(q_0). Hysteresis between rotation and T_e plasma stored energy is observed, suggesting different response times between the electron heating and rotation acceleration by LHCD. A comparison between the rotations driven by 4.6 G LHCD and 2.45 G LHCD on EAST is also presented, in which higher frequency LHCD could induce more rotation changes.     

基于光弹调制的运动斯塔克效应诊断

电流密度分布是等离子体物理研究的关键分布参数,在托卡马克先进运行模式发展,电流驱动,约束与输运等方面发挥着重要的作用。中性束与等离子体相互作用产生的分裂光谱,包括σ分量与π分量,水平观测时,σ分量的偏振方向垂直于等效电场的方向,π分量的偏振方向平行于等效电场的方向,通过测量分裂光谱的偏振方向可以反演出等离子体电流密度分布。基于光弹调制器的偏振检测系统具有检测精度高、时间响应迅速的独特优点,非常适用于等离子体电流快速变化下的电流密度分布测量。光弹调制器的双折射晶体在周期性外部驱动源的作用下发生弹性形变,其折射率会产生周期性的变化,当偏振光通过时,出射光的偏振特性将相应产生周期性变化,再经过偏振片,形成调制的光强变化。运动斯塔克效应(MSE)诊断的偏振检测系统由两个光弹调制器(PEM)和一个偏振片组成,通过检测不同调制频率的调制强度的比值,从而快速、精确地获得分裂光谱的偏振方向的实时变化,进而得到等离子体电流密度分布。详细介绍了东方超环托卡马克(EAST)装置上的MSE诊断,初步完成了离线测试与标定,参与中性束电流本文驱动物理实验,初步获得了等离子体电流密度分布的信息。     

光谱法测HT-7托卡马克诊断中性束的束成分

 实验测量了诊断中性束(DNB)中H0的4种主要能量成分(全能量，半能量，1/3能量，1/18能量)，运用光谱法来分析中性束的束成分所占百分数。根据多普勒效应，中性束中的氢粒子发出的Ha波长偏离本底的Ha波长，波长偏移量与氢粒子的能量相关，从而在光谱仪上得到多峰Ha谱线。通过编写程序并以此对实验的原始谱线进行了初步和精确拟合，最终准确有效地分析出中性束的束成分和束能量。实验测得DNB束流的中性氢粒子的全能量、半能量、1/3能量和1/18能量4种成分分别占15%,42%,35%,8%。     

EAST多道运动斯塔克效应诊断光谱分析

通过对多道运动斯塔克(MSE)系统测得的EAST等离子体中Dα谱线的拟合，获得了Stark分裂谱分量的间距，从而得到等离子体的磁场强度分布，并与线圈电流产生的磁场进行了比较，偏差约为5%。     

EAST运动斯塔克效应诊断数据处理中GPU并行化加速算法的研究

在EAST装置单道运动斯塔克效应(MSE)诊断系统数据处理中，采用CPU(中央处理器)+GPU(图形处理器)异构化模型，实现了数字谐波分析(DHA)算法的并行化加速计算。由CPU完成数据的加载及简单的数学计算，由GPU实现DHA算法的傅里叶正、逆变换及滤波等并行化计算，与串行算法相比，获得了2000倍以上的加速，可以满足MSE诊断实验期间及时数据处理的要求。     

东方超环上低杂波驱动等离子体环向旋转实验研究

旋转和旋转剪切能抑制磁流体不稳定性和增强等离子体约束.低杂波电流驱动作为未来聚变堆上可能的旋转驱动手段,探索低杂波在现有托卡马克装置上驱动等离子体旋转的驱动机制,可以为未来的聚变堆上旋转预测提供重要参考.在东方超环托卡马克装置上,早期发现了2.45 GHz的低杂波能有效驱动等离子体旋转的现象,认为是边界旋转的改变导致芯部旋转的同电流方向的增加造成的.更高频率下4.6 GHz低杂波电流驱动可以更有效地驱动同电流方向的等离子体旋转.本论文分析在欧姆背景等离子体下,不同功率的低杂波对等离子体环向旋转的影响,研究安全因子剖面变化对环向旋转的关系,利用功率调制获得了低杂波驱动旋转实验中的环向动量输运系数变化情况,发现环向动量扩散系数(χφ)、环向动量箍缩系数(Vpinch)的数值大小趋势是从芯部向靠外的区域逐渐变大.这与低杂波驱动环向旋转时,环向旋转速度由靠外的区域向芯部传递的特性吻合.     

EAST装置锂化壁下低杂波等离子体温度行为研究

在EAST全超导托卡马克归一化半径r/a ≤qslant 0.6区域内部, 在高功率低混杂波电流驱动辅助加热下,以及第一壁锂化处理条件下, 在低混杂波注入中期观测到电子温度剖面和离子温度剖面变平的现象. 利用X射线弯曲晶体光谱仪诊断系统,并结合其他相关诊断系统研究了在第一壁锂化条件下, 以及EAST低杂波放电位形下,电子温度剖面和离子温度的剖面行为. 研究结果表明:电子温度剖面和离子温度剖面变平的现象是由于第一壁锂化处理技术对从等离子体边界流向第一壁的粒子流产生了影响,使得边界粒子再循环模式受到抑制, 这种低再循环模式的存在引起了温度剖面的变化.同时观察到离子温度和电子温度彼此接近的现象, 这是由于随着等离子体密度的增加,电子与离子之间的碰撞行为加剧所产生的结果.     

快速真空紫外光谱诊断在EAST实验的初步应用

为了在EAST装置上开展高参数放电条件下边界杂质辐射的实验研究,发展了真空紫外(VUV)光谱诊断系统。该系统采用了焦距为200mm的Seya-Namioka型VUV光谱仪,并配备了600g·mm^-1凹面全息光栅,所能观测的波长范围为50~700nm,覆盖真空紫外、近紫外和可见光波段。系统在垂直方向的观测范围为Z=-350~350mm。利用该系统开展了EAST边界杂质谱线的实验研究。通过分析CⅣ(154.8nm)杂质和FeⅡ(235nm)的谱线强度的时间演化行为,验证了该系统谱线强度测量的准确性与可靠性。通过分析CⅠ(365.2nm)杂质辐射强度在加热功率调制下的时间演化行为,验证了该系统研究较短时间尺度的杂质辐射行为的可行性。