HL-2A装置低杂波保护系统实时性能分析

1引言 在单只速调管的条件下，对低杂波（LHCD）系统整体进行了工程调试，并投入物理实验。为了保证低杂波系统的安全运行，对保护系统开展了深入的研究，保护系统对管体电流、微波打火和高压过流过压等现象进行了有效的测量和快速反馈保护，对低杂波系统的安全运行起到了积极的作用。因此，开展保护系统的研究与分析是低杂波电流驱动系统的重要内容之一。     

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介绍了EAST低杂波系统天馈线保护的设计及其实现。针对EAST装置低杂波系统微波陶瓷窗破裂的原因,在低杂波系统天馈线上设置了高反射保护和打火保护两种保护措施,其中打火保护可以在打火发生后20μs以内迅速切断微波输出。实验结果表明,两种保护并行工作,能有效地保护整个波系统。     

托卡马克低杂波电流驱动的反馈控制研究

低杂波电流驱动的反馈控制系统已经建成，并在ＨＴ－６Ｂ托卡马克的纯低杂波电流驱动实验中得到应用。通过实时调节微波注入功率，由微波驱动并维持的等离子体电流变比率被成功地控制住。实验中，在等离子体密度、纵场及水平位移均存在波动的情况下，得到了２０ｈＡ的电流平台，其维持时间为加波的２０ｍｓ脉宽。     

微波激励源方案设计

在托卡马克实验装置上进行等离子体低杂波电流驱动和加热实验，需要输入兆瓦量级的微波功率。这是由多只大功率速调管并联运行而实现的，而这些速调管需要前级微波激励源进行驱动。我们目前使用的微波激励源经过十几年的使用，元器件老化和磨损严重，导致了整个设备工作性能的明显下降，不能满足低杂波电流驱动和加热实验的多管并联运行的实验要求。因此有必要设计一个新的微波激励源，工作部件全部采用固态微波器件，稳幅控制。模块化设计采用多路输出，新增加微波相位多路控制，以满足以后实验中低杂波电流驱动和加热两种不同工作方式的需求。     

HL-2A装置LHCD实验的控制

为了研究非感应方式等离子体电流的产生，在HL-2A装置上开展了低杂波电流驱动实验，并对LHCD实验进行了微机控制。在2004年的实验中准确无误地将微波投入了装置，实现了对整个LHCD系统运行状态的监控和系统保护。在等离子体破裂时，控制系统会立即切断微波对装置的投入。     

HL-2A装置低杂波高压电源逻辑控制保护系统

HL-2A装置低杂波高压电源的主回路设备是在原有的电源基础上改造重建的，但其逻辑控制保护系统却是新研制的，针对低杂波高压电源其输出电压高的特点，其控制保护系统就显得尤为重要。这套控制保护系统是在PLC基础上，采用SIEMENS STEP7软件编程实现的。     

低杂波微波激励源的分析与改进

在托卡马克实验装置上进行等离子体低杂波电流驱动和加热实验，需要输入兆瓦量级的微波功率。这些微波是由微波激励源产生的，其频率为2450MHz。在经过幅度稳定控制、频率稳定控制和中级行波管放大器进行功率放大后，最终输出幅度和频率稳定的、功率1．5～2．5W的微波到大功率速调管上进行放大，然后通过微波传输系统输送到天线，将大功率微波注入到HL-2A装置。由此可见，微波激励源工作特性的好坏将对实验的正常进行产生重要的影响。     

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详细介绍了HT-7装置低杂波前级系统的组成、低杂波系统的采集和功率模式控制。实验中通过前级PIN开关控制不同的低杂波输出模式,满足了HT-7装置相应实验对低杂波的要求。     

微波器件HPM效应

高功率微波（HPM）效应实验系统由微波辐射源、效应物和监测系统等组成。微波源产生并辐射电磁波，实验中的微波辐射源分为窄带微波源和超宽谱（UWB）源两种。实验效应物包括低噪高放、TR管、限幅器、混频器和微波组件——被动雷达探测系统RF装置等。详细介绍了这些微波器件和微波组件的基本组成、特性、工作原理和性能，同时介绍了不同效应物的实验系统、实验方法、效应现象和损伤判据。监测系统对目标状态、辐射源状态进行监视，在注入实验中对效应物的注入功率进行测量，在辐照实验中对目标附近的辐射场进行测试标定，为实验结果的分析提供数据。为避免损伤累积效应，损伤实验注入脉冲次数不超过4次。     

HL-2A 装置 2MW 低杂波反射保护技术研究

为提高 HL-2A 装置低杂波电流驱动系统的实验效率,研制了高反射保护系统。使用 Verilog 硬件描 述语言设计数字信号处理电路,选择 EPM240T100C4 型可编程逻辑器件(CPLD)实现数字信号处理;使用一个 14 位计数器,实现了在低杂波系统反射保护动作后间隔 3.6ms 后重启的功能。测试结果表明,该保护系统实现了设 计要求。     

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HL-2A装置的1MW低杂波电流驱动系统在单只速调管的条件下进行了系统的工程调试。建立了低杂波真空系统,天线真空度为2.3Pa,传输系统真空度为4.30×102Pa,天线对装置的漏率为1.675×10-4Pa?m3.s-1。采用低真空条件下充气的方法提高了系统的功率传输能力,有效地降低和避免了打火情况的发生,初步分析了低杂波系统的真空性能以及对HL-2A装置真空的影响。     

EAST上基于端口密度测量的低杂波耦合研究

介绍了一套安装在EAST装置低杂波天线端口上方,用来测量端口附近电子密度的Langmuir三探针系统及其初步实验结果。此探针系统由探针、测量电路、数据采集以及数据处理四部分构成。实验结果表明：在低杂波天线端口充气的条件下,低杂波注入后端口密度会有明显的增加。端口密度与反射系数的关系与理论趋势一致,EAST上低杂波耦合的最佳密度出现在4~5×10¹⁷m^-3。     

离子伯恩斯坦波对低杂波驱动电流影响的研究

利用改进的二维Fokker-Planck方程和低杂波射线轨迹程序研究了在低杂波和离子伯恩斯坦波协同作用下低杂波的功率沉积分布、驱动电流分布。数值结果显示在两波协同作用下低杂波驱动非感应电流的效率得到了很大的改善。     

水天线附近红外弱点目标的检测

弱点目标的检测是舰载红外警戒系统中的一个关键问题。由于目标处于海天线附近的高强度背景杂波中，因此，采用常规的点目标检测算法对其进行检测的结果都不够理想。针对这一问题，本文提出了一种改进方法：首先用中值滤波方法对海空背景进行预测和抑制，自适应阈值分割后根据目标点和背景杂波残留在多向梯度上的差异，通过多向梯度检测进一步剔除背景杂波残留，提高了单帧图像的检测概率。     

离轴低杂波电流驱动中的捕获效应

本文研究了捕获电子效应对托卡马克离轴低杂波电流驱动的影响．利用开发的编码研究了低杂波在托卡马克等离子体中的吸收和驱动效率，特别是共振区域和捕获电子份额对波功率沉积和电流驱动效率产生的作用。研究表明，捕获电子效应对离轴低杂波电流驱动的影响与波驱动的功率谱结构有关。     

HL-1M边缘等离子体静电湍流扰动

对HL－1M边缘等离子体静电湍流扰动进行了初步的实验研究。获得了扰动的基本特征量，估计了低杂波引起的径向粒子流的变化。在加低杂波（2．45GHz)前、后，电子密度扰动和极向电场扰动的幅度及其关联性变化不大。虽然低杂波部分抑制了静电湍流，但在数量上不能解释粒子约束改善的实验结果。     

D形截面环流器中的磁面及LHCD的研究

本文利用环形系统的Ｇｒａｄ－Ｓｈａｆｒａｎｏｖ方程得到了Ｄ形截面的托卡马克磁面位形，并利用射线追踪技术研究了Ｄ形磁面位形下低杂波的运动形态。定性地研究了Ｄ形磁面位形下利用低杂波驱动电流的可行性，优化地给出了驱动电流的最佳方式。     

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提出一种基于双缓冲的中断式数据采集、文件分割式存储以及文件合并式数据显示方法,解决了EAST低杂波系统数据量大幅增加后数据采集、储存和显示的问题。此方法在首次EAST低杂波放电中的应用令人满意。     

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介绍了EAST低杂波高压电源保护系统的设计和实现。在EAST装置低杂波电源保护系统中,以主回路过电流﹑管体过电流﹑高压源主回路过电流﹑高压源主回路过电压为主要参数来保护系统正常工作的。在主回路过电流﹑管体过电流时通过撬棒来转移故障电流来保护速调管。     

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。