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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。     

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结合HL-2A 装置的参数,在电子回旋共振加热(ECRH)离(在)轴加热的情况下,研究高能量捕获电子驱动的鱼骨模不稳定性。数值结果表明,高能量电子极向比压βh 大于某一个比压阈值βh,crit 时,鱼骨模会被高能量电子激发,其频率随高能量电子极向比压的增大而缓慢增加且与高能量电子的环向进动频率一致;比压阈值βh,crit 随着高能量电子密度剖面峰化程度的增加而减小,但当密度剖面增大到一定值时比压阈值βh,crit 趋近于一个常数。此外,还分析了箍缩角和扰动能对鱼骨模实频和增长率的影响。发现在箍缩角α0 =1附近增长率有一极小值,表明高能量勉强通行电子对鱼骨模具有稳定作用;而扰动能 δWˆc增大时,鱼骨模表现出实频变大而增长率变小的特征,这表明了本底等离子体对鱼骨模有一定的稳定效果。     

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为进一步提高HL-2A装置的放电参数和优化等离子体位形，给出了三种可能的主机改造途径：保留真空室，去掉并调整真空室内部分多极场线圈的局部改造方案；保留真空室，重新布局极向场线圈的中等规模改造方案；重新设计真空室和极向场线圈系统的大规模改造方案。对三种改造方案对放电参数和位形的影响和改造工程的可行性进行了分析比较，重新设计真空室和极向场线圈系统的大规模改造方案是最佳选择。     

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用密度调制的方法研究了等离子体中粒子输运问题。采用了注入脉冲式补充送气和超声分子束两种不同的密度调制方法。在HL-2A装置常规欧姆放电的情况下,运用有限差分法和Nagashima矩阵技术,求解了粒子平衡方程。计算出了粒子的输运系数(对流速度v和扩散系数D)。研究了粒子输运系数与等离子体线平均密度之间的关系。实验结果表明,在欧姆放电的情况下,等离子体芯部的粒子对流速度方向始终是向内的,并且密度低时,粒子输运系数(粒子扩散系数D和对流速度v)较大;密度高时,粒子输运系数较小。     

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利用调制送气过程中观察到的冷脉冲传播,研究了在HL-2A装置欧姆放电条件下的电子热输运。从扰动输运方程出发,分析了电子热输运过程,利用在实验中获得的数据,进行了曲线拟合和数值计算,得到了在HL-2A装置欧姆放电条件下强场侧电子热输运系数的分布特征为χ=15-14(1-r2)2m2.s-1。     

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用低杂波鉴相器对相位测量系统各通道经进行了相位校准,得到了各通道的相位电压关系曲线,并进行了线性拟合,线性拟合误差小于3°;推导出了相位电压关系表达式,与校准得到的相位电压曲线相比平均误差小于0.7°。该系统已成功用于HL-2A装置低杂波实验,对4支速调管的输出相位进行了测量,并得到了放电过程中相位随阴极高压波动的曲线,得出了阴极电压波动2.2%引起相位波动13.8°的结论。     

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HL-2A装置实验高性能计算系统共有130个CPU,配置了多种工具软件和程序编译器;系统峰值性能为每秒7680亿次浮点运算,并且具有很好的可管理性与可扩展性。以此为基础开展了程序调优研究,HL-2A装置实验应用研究,并取得了进展。     

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介绍了HL-2A装置NBI系统的多极会切场桶式离子源灯丝电阻特性的实验结果,运用一维数值模型对灯丝稳态温度分布进行了数值计算.在不起弧时,计算了不同灯丝加热电流下的灯丝温度分布和对应的灯丝电阻.在起弧时,通过灯丝表面的等离子体鞘层近似,计算了灯丝电源输出电流为120A时不同弧流下的灯丝温度分布及灯丝电阻,给出了钨灯丝熔化对应的极限弧放电电流.最后,分析讨论了计算结果与实验测量结果的偏差.     

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对等离子体气动激励控制边界层进行了数值仿真。将等离子体气动激励对边界层的作用建模成动量和热量。通过由基于表面放电的二维流体体力模型得到的等离子体气动激励的体力分布函数,得到向边界层注入的动量和热量分布,将动量和热量以源项的形式引入N-S方程求解。研究了等离子体气动激励的强度、激励电极的数目、来流速度的大小以及热量项的大小对等离子体气动激励作用效果的影响,仿真结果与实验一致。     

HL-2A 等离子体位形重建研究

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。     

HL-2A等离子体边界识别的模拟研究

采用电流丝模型对HL-2A等离子体边界重建做了模拟计算。结果表明,对于孔栏位形、双零位形和下单零位形,重建的等离子体边界与平衡计算的边界能很好地吻合,最大径向距离小于8mm。     

HL-2A 等离子体垂直不稳定性控制研究

采用了PID 控制、输入误差直接自适应控制和输出误差直接自适应控制三种控制方式对HL- 2A 装置的等离子体垂直不稳定性进行了研究。模拟结果显示, 在现有条件下三种控制方式都能满足控制要求, 而两种自适应控制系统具有更好的系统性能、更强的鲁棒性、对电源要求更低的特点, 尤其是输出误差直接自适应控制系统结构非常简单, 具有可实施性。     

自适应控制在HL-2A等离子体电流控制中的应用

研究了一种新型的坚实可靠的自适应控制算法在HL-2A装置等离子体电流控制中的应用,并使用MATLAB进行了计算机仿真。结果表明,该控制方法与典型的PID控制相比,能显著地提高系统的动态响应性能。且具有较好的抗干扰性。     

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介绍了磁通环法测量等离子体位移的原理。通过计算由磁通环及其附近小磁探针得到的数据,给出了位移随时间变化的曲线。通过将所得到的等离子体位移的变化趋势与非对称探针和CCD相机的测量结果进行比较,验证了磁通环法测量的正确性。该测量方法已用于HL-2A等离子体位移反馈控制系统。     

HL-2A等离子体边界识别的研究

利用电流丝模型编写的电流丝编码和采集到的18个磁探针测量数据、等离子体电流和极向场线圈电流的数据做了重建HL-2A等离子体边界的研究。计算结果表明,电流丝编码能够正确地识别等离子体的边界、偏滤器位形和X点的位置。计算获得的偏滤器内外靶板上打击点出现和消失的时间与布置在偏滤器靶板上静电探针测量到的信号很好地符合。在Pentium 4的PC个人计算机上(CPU为2.4GHz, 800MHz总线)计算每一个时刻的等离子体边界时间小于1ms。     

基于深度神经网络的HL-2A等离子体水平位移研究

基于门控循环单元(GRU)的神经网络,构建预测模型的网络拓扑结构,训练和测试了HL-2A装置等离子体水平位移系统响应模型。测试结果显示了该模型对43%的样本数据的拟合度超过80%。把该网络模型作为被控对象,使用基于径向基函数(RBF)神经网络的模型参考自适应控制(MRAC)算法,设计了一个HL-2A等离子体水平位移的MRAC系统。仿真结果显示,该控制系统的输出响应能快速地跟踪各种输入参考信号,控制器能够较好地控制等离子体的水平位移并具有强的抗扰动能力。     

HL-2M等离子体垂直不稳定性的反馈控制研究

使用无源稳定导体和主动控制线圈来控制HL-2M等离子体的垂直不稳定性。计算了等离子体垂直不稳定性增长时间,构建了等离子体垂直不稳定性控制的线性模型,然后用MATLAB对采用PID算法的垂直不稳定性控制系统进行了模拟仿真。结果表明,无源稳定导体和主动控制线圈能够快速稳定等离子体的垂直不稳定性运动,这也表明设计是可行的。     

HL-2A装置等离子体可见光成像系统

在HL-2A装置上研制了等离子体可见光成像系统,用于孔栏、偏滤器位形放电的诊断。该成像系统由彩色摄像机、观察窗和转向镜、广角收集和准直透镜组、采集卡和计算机组成。本文描述了系统的布局和各部件参数的匹配,报道了观测到的实验结果。等离子体成像系统能监视放电的整个过程,实时显示可见光辐射图形,特别在识别孔栏与偏滤器位形放电的诊断中发挥了重要作用,成为HL-2A装置放电的重要诊断手段。