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在HT-7装置实验数据分析与可视化集成软件GT-7开发中,使用了面向系统并且支持系统开发全部过程的建模工具UML,完成了软件的建模、设计与实现,介绍了该软件用到的关键技术与实现方法。实验表明,该软件应用性强,操作灵活,用户只需操作鼠标就可以完成信号的处理、分析、对比以及二维、三维显示,并能以交互式方式实现二维图形的任意轴缩放,三维图形的旋转、平移与缩放。     

HT-7U装置冷却回路概念设计

】HT-7U超导托卡马克核聚变实验装置是国家九五重大科学工程 ,包括一个具有非圆小截面的大型超导托卡马克 HT-7U实验装置和低温、真空、水冷、电源及控制、数据采集和处理、波加热、波驱动电流、诊断以及公共基础设施等重要子系统。文中概要地介绍 HT-7U装置冷却回路的基础结构和主要参数 ,对冷却回路进行了概念设计 ,给出了冷却回路流程的初步方案     

应用高速CCD诊断研究HT-7装置边界等离子体旋转

在HT-7装置上建立了一套高速CCD可见光成像诊断,测量了边界等离子体的可见光辐射成像。在HT-7装置放电中,首次观察到在等离子体边界区域存在一条极向旋转的可见光辐射带,由CCD诊断系统得到其极向旋转的频率为858Hz。根据多道H_α阵列测量得到极向旋转频率为952Hz。多道磁探针信号测量发现,等离子体内部存在m/n=3/1的电磁模,该模的旋转频率为972Hz。从电子回旋辐射诊断系统得到的电子温度剖面发现该模的磁岛宽度约为2.5cm。     

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在HT-7装置上建立了一套高速CCD可见光成像诊断,测量了边界等离子体的可见光辐射成像.在HT-7装置放电中,首次观察到在等离子体边界区域存在一条极向旋转的可见光辐射带,由CCD诊断系统得到其极向旋转的频率为858Hz.根据多道Hα阵列测量得到极向旋转频率为952Hz.多道磁探针信号测量发现,等离子体内部存在m/n=3/1的电磁模,该模的旋转频率为972Hz.从电子回旋辐射诊断系统得到的电子温度剖面发现该模的磁岛宽度约为2.5cm.     

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通过HCN信号的测量与处理来获得等离子体电子密度。采用硬件相位差计获取HT-7装置中原始HCN信号,根据对该信号特点的分析, 设计出信号去零漂、信号翻转、基于模糊逻辑的去噪处理算法。在HT-7装置实验中,使用该算法获得了较高精度的低噪音等离子体电子密度。     

HT-7U第一壁材料在HT-7装置中的辐照实验研究

把为HT-7U装置开发的系列碳基面对等离子体材料及其比对样品安装在样品架上，通过磁力传送机构送入HT-7装置刮削层中进行辐照实验研究。经过若干次等离子体放电实验后，取出样品进行表面形貌。表面元素成分及深度分布的X射线光电子能谱分析。结果发展，碳石墨材料的渗杂改性和抗等离子体溅射腐蚀的B4C/SiC梯度功能涂层可以有效地提高其抗待了子体轰击的能力。     

HT-7装置液态锂限制器实验中锂的腐蚀与沉积特性的研究

在磁约束聚变等离子体装置中, 面对等离子体的第一壁将直接影响高温等离子体性能及第一壁寿命, 具有表面自我修复的、能有效抑制边界粒子再循环的液态金属锂第一壁越来越被重视, 其中液态锂第一壁与等离子体相互作用的研究尤其重要. 本文研究了HT-7装置液态锂限制器实验中锂的表面腐蚀及在装置内沉积特性、及其对等离子体性能影响. 实验表明, 当锂与等离子体相互作用较弱时, 锂以微弱的蒸发及溅射形式从表面腐蚀并进入等离子体, 表现为锂的线辐射有所增强, 等离子体内杂质水平降低, 氢再循环降低, 有利于等离子体约束性能提高; 当锂与等离子体间的相互作用比较强时, 锂主要以锂滴形式直接进入等离子体, 引起锂的辐射爆发, 最终引发等离子体放电破裂. 通过对锂斑及样品的分析发现, 锂主要沉积在限制器周围, 并且在低场侧及沿着等离子体电流方向沉积居多, 表现为极向和环向分布不均匀, 这也导致边界粒子再循环分布的不均匀. 这些实验为研究液态锂第一壁与等离子体相互作用, 分析液态锂第一壁在托卡马克装置上应用具有重要参考意义.     

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为了检测到散射信号且有较高的信噪比,使用硅雪崩二极管(APD)探测器探测汤姆逊散射光,采用电荷敏感运算放大器减小电子噪声。同时,设计了放大电路,并采取了一些抗干扰措施。在实验中,此激光汤姆逊散射系统成功地测量出HT-7等离子体的电子温度。     

Runaway Electron Beam Instability in Slide-Away Discharges in the HT-7 Tokamak

Slide-away discharges are achieved by decreasing the plasma density or ramping down the plasma current in runaway discharges in the HT-7 tokamak. In the case of plasma current ramp down, the ratio of the electron plasma frequency to the electron cyclotron frequency is higher than in the stationary pulses when the discharge goes into a slide-away regime. The instability regime is characterized by relaxations in the electron cyclotron emission due to relativistic anomalous Doppler effect which transfers energy from parallel to perpendicular motion. The triggering of relativistic anomalous Doppler effect at higher density by ramping down of plasma current may provide a alternative runaway energy control scenario.     

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在HT-7装置上采用红外热像仪测量了活动限制器的表面温度,显示了第一壁温度与等离子体水平位移、波加热参数的关系,一定程度上反映了等离子体与壁相互作用的程度。采用ANSYS计算了活动限制器表面大致的能流分布,其结果与方法可为EAST装置等第一壁温度的测量和能流的计算分析提供一定的参考。     

HT-7U等离子体位移快控电源设计

针对HT-7U装置等离子体位移快控电源大电流快速响应要求,提出了一种基于电流型变流器的快控电源(FCPS)设计新方案。该方案采用交-直-交拓扑结构,即网侧采用电流型PWP整流器设计。以获得稳定的直流电流及网侧单位功率因数正弦波电流控制;负载侧则采用电流型H桥逆变器设计以实现负载电流的快速跟踪控制。移相PWM控制策略在实现多组变流器并联运行的同时,提高了变流器的等效开关频率控制,从而改善了电流波形品质。模拟系统实验论证了方案的正确性。     

HT-7U纵场磁体CICC导体设计

国家“九、五”重大科学工程HT-7U托卡马克(Tokamak)是一个全超导核聚变实验装置，装置主机包含有16个纵场(TF)超导线圈和14个极向场(PF)超导线圈．线圈采用NbTi CICC导体(Cable in-Conduit Conductor)绕制，用超临界氦迫流冷却．本介绍CICC导体的设计和导体短样的测试结果．     

HT-7装置逆磁测量

通过在HT 7装置的内真空室安装一对同心圆逆磁线圈 ,并运用软件补偿的方法 ,对HT 7装置的逆磁通量进行了测量。在杂散场测量与软件补偿实验中 ,发现同心圆逆磁线圈感应的杂散信号主要来自垂直场、涡流电流、等离子体电流和纵场电流的变化。逆磁测量结果表明 ,在等离子体线平均密度 ne 很低时 ( ne <2 .2 ×10 1 3cm- 3) ,HT 7等离子体的总体能量约束时间τE 随 ne 线性变化 ;在 ne 很高时 ( ne >2 .2 × 10 1 3cm- 3) ,τE 则趋于饱和 ,其饱和值约为 2 1ms。并运用计算机统计分析的方法给出了欧姆加热的τE 定标律为τE =1.5 7 ne0 .72±0 .0 4 ×Ip0 .35± 0 .0 2 B0 .31 ± 0 .0 3T 。     

HT-7U装置环电压建立过程

由于真空室的屏蔽作用,当极向磁场变化时等离子区域的磁场不能随极向磁场同时变化,环电压的建立存在一增过程。研究结果表明,环电压延迟的时间常数与真空室的等诳时间常数一致。在真空室等效时间常数确定的情况下,可以确定环电压上升过程。ＨＴ－７Ｕ装置环电压建立过程大约需要２０ｍｓ。     

HT-7 Nd:YAG激光汤姆逊散射光学系统分析

光学透过性能对信号微弱的激光汤姆逊散射测量系统极为重要。主要讨论了HT-7 Nd:YAG激光汤姆逊散射系统光学设计中消除杂散光和提高散射信号传输效率的方法,并对系统的光学性能进行了模拟计算。模拟结果显示,干涉滤光片分光谱仪的光学透过性能随电子温度的升高而增强,等离子体电子温度为1 keV时其透过率可达到10%;汤姆逊散射信号非常微弱,等离子体电子密度为1×1019/m3时每道信号仅有几百到上千个光子;等离子体电子温度在0.3～5.0 keV范围内时,光子量子统计涨落引起的电子温度测量误差在3%以下。     

HT-7 Nd:YAG激光汤姆逊散射光学系统分析

 光学透过性能对信号微弱的激光汤姆逊散射测量系统极为重要。主要讨论了HT-7 Nd:YAG激光汤姆逊散射系统光学设计中消除杂散光和提高散射信号传输效率的方法,并对系统的光学性能进行了模拟计算。模拟结果显示,干涉滤光片分光谱仪的光学透过性能随电子温度的升高而增强,等离子体电子温度为1 keV时其透过率可达到10%;汤姆逊散射信号非常微弱,等离子体电子密度为1×10¹⁹/m³时每道信号仅有几百到上千个光子;等离子体电子温度在0.3～5.0 keV范围内时,光子量子统计涨落引起的电子温度测量误差在3%以下。     

HT-7U超导托卡马克极向场反馈控制系统

HL-7U超导托卡马克的极向场反馈控制系统是装置正常运行的重要保证。该控制系统以VXI总线机箱为基本单元、数字信号处理器为核心,组成反馈时间为2-4ms的高速实时反馈系统。简要地叙述了该系统的基本组成以及软件算法的研究。