J-TEXT诊断中性束离子源参数分析与优化

摘要

在聚变等离子体物理研究领域，离子温度和转动速度是十分重要的物理重要参数，它们对于研究等离子体约束、能量输运、动量输运及杂质输运有十分重要的意义。这些参数的获得需要相关诊断技术，其中电荷交换复合光谱（CXRS）被认为是最有效的技术之一。
　　J-TEXT实验室目前正在建设一套基于诊断中性束注入（DNB）的电荷交换复合光谱系统，用于诊断等离子体的离子温度剖面与转动速度剖面。基于此系统可大幅提高J-TEXT托卡马克的诊断能力。本文系统分析了DNB离子源放电参数对其产生的等离子体参数的影响，利用光谱技术实现了对束参数的测量，为保障DNB系统的高参数稳定运行奠定了基础。
　　J-TEXT DNB系统的离子源是热阴极离子源，离子源的工作参数（放电气压、灯丝电压和弧电压）会影响等离子体密度和电子温度，从而影响弧流强度和电离产物，进而决定中性束流强和束能量成分的比例。放电气压越大、灯丝电压越高、弧电压越高得到的弧流越大，但是提高的放电气压会造成电子温度的降低。通过调整离子源工作参数进行起弧实验并用双线法测量电子温度，得到了比较合适的离子源工作参数参数：放电气压0.27Pa，灯丝电压11V，空载弧压250V。
　　为了进一步分析离子源的工作状态，本文搭建了一套多通道多普勒频移光谱（DFSS）系统。通过DFSS能计算多个中性束流参数：由多普勒频移效应测量中性束能量成分及其分布，由外推法反演测量束流径向密度分布，由1/e谱线展宽和几何法测量束散度。在24kV加速电压下，得到的初步实验结果：全能量成分比例约为10％，加速极后2m处束流直径为8.1cm，束流散角约为3.3°。实验结果表明DFSS系统能够满足实时检测中性束流品质的要求，为CXRS分析提供参考。

目录

1 绪论

1.1 受控热核聚变与托克马克

1.2 高温等离子体诊断

1.3 CXRS诊断与DNB研究现状

1.4 本文研究内容

2 J-TEXT 诊断中性束系统

2.1 J-TEXT诊断中性束简介

2.2 离子源放电参数

2.3 中性束流参数

3 离子源放电参数研究

3.1 DNB离子源和离子引出系统介绍

3.2 离子源放电参数对弧流的影响

3.3 离子源放电参数对电子温度的影响

3.4 本章小结

4 DNB中性束流参数测量

4.1 DNB的中性束流参数

4.2 测量系统介绍

4.3 中性束流参数测量原理

4.4 DFSS系统标定

4.5 束参数测量结果与分析

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 不足与展望

致谢

参考文献