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介绍了在HL-2A装置上发展的一套快速扫频的Q波段外差微波反射系统,用于高时空分辨测量等离子体边缘到约束区的电子密度分布。该系统采用外差式连续波扫频调制技术(VCO),由外部任意波电压控制,工作频率为33~50GHz,全波段扫频周期达到6μs。在台面标定中发展了 VCO 源的动态标定技术,并解决了微波源及器件的非线性响应、波导的色散特性等因素造成差频频率动态范围过大的问题,使反射面固定时系统输出的差频为定频信号,有利于降低噪声干扰和数据处理。同时发展了直接相位处理技术,实现快速的电子密度分布反演。实验中用该微波反射系统测得了L模、H模等不同等离子体放电条件下的电子密度分布,观测ELM爆发前后台基区的形成与垮塌过程。     

HL-2A装置上的微波反射测量系统

微波反射技术是近几年来在大中型核聚变装置上发展起来的一项重要的等离子体诊断。它具有非常好的时空分辨率，不仅可以用于测量等离子体电子密度的空间分布，还可以测量等离子体旋转和湍流的空间分布。微波反射测量系统用二个返波管作为扫频振荡源，其扫频范围为26-0GHz和40-60GHz，周期为1ms。我们利用这套微波反射测量系统在HL-2A装置上进行了测量，经过1年的试验，这套系统工作正常。     

Microwave Reflectometry on HL-2A Tokamak

One of the most important electron density diagnostics, microwave reflectometry, has been developed on many large and medium nuclear fusion devices in recent years . Not only the electron density profiles with high temporal and spatial resolutions, but also the profiles of plasma rotation and turbulence can be obtained with this diagnostic system.     

托卡马克实验与工程——HL-2A装置等离子体诊断系统的新发展

HL-2A装置的主要物理目标是开展偏滤器物理研究及在大功率辅助加热和先进的加料条件下，研究等离子体的约束、输运及不稳定性。为了实现这个物理目标，必须发展更多的新的诊断，提高等离子体参数测量的空间和时间分辨。目前，已有近30种诊断从HL-1M装置上移到HL-2A装置上并投入了实验。此外，有10项诊断正在进行研制。本文将介绍近两年发展的几种新诊断。     

HL-2A装置等离子体可见光成像系统

为了配合HL-2A装置的工程联调和首次等离子体放电，需要一种可靠和直观的诊断手段，以确认产生了所谓的“First plasma”(初始等离子体)放电。为此我们研制了一套新的诊断系统，即等离子体可见光成像。等离子体成像是近年来发展起来的一项先进诊断手段。目前在托卡马克装置上广泛采用。     

HL-2A装置真空监测系统的研制

HL-2A装置是我国第一个具有轴对称（极向）偏滤器位形的大型托卡马克装置。其真空系统的工作特点是长时间连续的不间断运行，实验人员值班时间过长，极易产生疲劳，在这种状况下很容易发生事故，并且在放电实验期间会产生辐射，因此在进行放电实验时，装置大厅内不允许人员进入，所以有必要设计一套远程自动化监测系统放在装置大厅外，使值班人员在友好的人机界面下，实时完成对装置真空状态和现场真空设备的监视，这样既能增加装置的安全性和真空系统的可靠性，同时也能减轻值班人员的劳动强度。本文详细介绍了该系统的设计和应用过程。     

HL-2A装置偏滤器中的微波干涉仪测量

微波干涉仪测量等离子体电子密度是一种常规监测工具，利用这种工具可以给出电子密度随时间变化的波形图。等离子体电子密度和微波干涉仪测出的相位差之间的关系为：     

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在HL-2A装置上研制了用于测量等离子体密度分布的两套幅度调制微波反射仪。微波反射仪采用时间延迟法。这两套微波反射仪有不同的频率范围(26.5～40GHz和40～60GHz),它们所对应的密度测量范围是(0.84～1.98)×1019m-3和(1.98～4.47)×1019m-3。时间分辨率可达1ms,空间分辨率约为5mm。     

微波多普勒反射计数据分析的一种优化方法

结合对多普勒频谱的分析,提出一种基于双高斯拟合的轴对称-非对称谱(SAS)分析方法。在此方法下,功率谱主要由轴对称功率谱和非轴对称功率谱两部分组成。前者主要由等离子体截止层密度的扰动调制决定,后者主要由波数为k _⊥=2k₀sinθ 的湍流的极向密度扰动决定。在分析多普勒反射计的数据时,相较于常用的频谱重心(COG)分析方法和相位微分(δ-phase)法,SAS 谱分析不仅提高了求取多普勒频移的准确性,同时还可以获取等离子体中波数为k_⊥ 的极向湍流的密度扰动强度和截止层的密度扰动强度。     

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利用多道远红外HCN激光干涉仪实时测量了等离子体中的粒子数增量,首次得到了HL-2A等离子体偏滤器位形和孔栏位形下强场侧和弱场侧SMBI的加料效率,结果与法国Tore Supra装置的SMBI加料效率的范围相一致。     

Characterization of a Q-band microwave reflectometer for plasma diagnosis in the tokamak TJ-1

This work describes a Q-band microwave reflectometer designed to obtain electron-density profiles of the plasma in the tokamak TJ-1. We present a brief study of the conditions for applying this technique to the tokamak TJ-1 as well as the experimental results obtained with a solid state sweep oscillator that eliminates the uncertainty sometimes involved in interpreting reflectometry results.     

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HL-2A装置激光吹气系统采用了全新自动控制的设计方法,实现了杂质注入量、靶片位移以及激光器被触发的时刻的精确自动控制.运行结果表明,该系统能把杂质的注入量控制在适当的水平,既不对等离子体约束产生影响,又便于光谱测量和杂质粒子输运研究.给出了激光吹气系统的设计,以及初步的实验结果.     

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HL-2A装置电子回旋共振加热系统的主要指标是2MW/1s/68GHz,系统由4个单元组成,每个单元包括一只回旋管,微波传输系统,控制保护测量和冷却等子系统。通过对ECRH系统和回旋管的调试,每只管子微波输出功率500kW,脉冲宽度1s,四管并联运行时总输出功率达到1.63MW,系统使用效率高于80%。     

HL-2A装置气体击穿延迟时间

气体击穿延迟时间实验数据表明,HL-2A装置的气体击穿过程可以用修改了的有电极放电汤森德电离公式,并考虑电子的几何损失来进行描述。     

HL-2A装置偏滤器室中性气体压强规

研制了一种可工作于强磁场、强干扰环境下的快响应真空电离规(快规)。介绍了快规的结构、     

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采用了新的放电方案,消除了环向场对磁测量的影响。通过修改信号调理电路,解决了积分器不能响应磁通快速变化的问题;通过改进磁测量的标定方法,在准确标定磁通和极向磁探针测量的同时,有效地标定了径向磁探针的测量信号。输入这些有效标定数据后,EFIT能快速收敛,获得了准确可靠的位形重建结果,与探针、氢阿尔法和CCD等诊断结果很好符合。同时介绍了自行研制的sFIT位形重建代码,该代码得到的位形重建结果,与EFIT反演结果一致。