EAST上高速CCD成像系统标定及其在ELM动力学过程诊断中的初步应用

摘要

托卡马克装置是实现磁约束受控核聚变反应的主要途径。托卡马克中等离子体放电过程存在着很多MHD不稳定性现象。ELM是H-mode运行下典型的MHD不稳定性现象。探究ELM丝状结构动力学过程是认知ELM爆发的物理机理的重要途径。
　　随着CCD技术的发展，高速CCD成为托卡马克上快速多维不稳定性过程观测的重要诊断。为了从高速CCD图像中获取真实的物理过程，必需对CCD成像系统进行标定。论文工作对EAST托卡马克装置上的高速CCD成像系统进行标定。根据EAST托卡马克装置的特性确定了使用Tsai的两步标定法，并使用下被动板作为标定模板。利用Harris的角点检测算法对被动板进行了角点识别。通过被动板空间坐标与角点检测矩阵建立对应关系，标定高速CCD相机。通过误差分析，对标定算法在EAST托卡马克装置上的可靠性进行了分析验证。
　　利用标定后的高速CCD成像系统，成功地对H-mode下ELM丝状结构进行三维重建。分析得到ELM丝状结构的宽度、运动速度和运动加速度等动力学参数。对不同放电状态下的ELM丝状特征进行分析，发现ELM细丝宽度随辅助加热功率增加而减小的特点，并比较了不同放电状态下的速度和加速度特征，为进一步的ELM丝状结构时空演化分析奠定了基础。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 高约束模式（H-mode）和ELM不稳定性

1.3 ELM的类型

1.4 ELM 的益处

1.5 ELM丝状结构

1.6 高速CCD在托卡马克装置上的应用

1.7 本文的研究内容

1.8 本文的结构

第二章 高速CCD成像系统介绍

2.1 EAST装置

2.2 光路系统介绍

2.3 高速CCD相机

2.4 本章小结

第三章 图像处理算法介绍

3.1 图像标定算法

3.2 角点检测算法

3.3 本章小结

第四章 高速CCD相机标定及三维重建

4.1 标定模型

4.2 高速CCD相机标定

4.3 计算结果及分析

4.4 三维重建

4.5 本章小结

第五章 ELM动力学过程分析

5.1 ELM细丝的基本动力学特征

5.2不同放电状态下的ELM动力学参数对比

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢