EAST托卡马克上截面效应对电荷交换复合光谱测量结果的影响

摘要

EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)是世界上第一个全超导磁体结构的托卡马克。本文主要围绕着装置上面的电荷交换复合光谱(Charge eXchange Recombination Spectroscopy)诊断系统截面效应的修正展开。CXRS对于现在和未来托卡马克装置都是关键的诊断，对离子温度和旋转速度诊断数据的修正对于研究托卡马克装置等离子体位形和约束有着重要的意义。
　　本文首先EAST上CXRS诊断的截面效应进行了讨论，并对CXRS诊断进行了视线标定。截面效应是由于观测视线与切向NBI注入方向不垂直而产生的，为了确定CXRS诊断各道观测视线与切向中性束的夹角，因而使用机械臂对每道视线都进行了标定，最后利用后续数据处理为后续截面效应修正作准备。
　　论文的另一工作则是对EAST上CXRS上电荷交换截面效应进行了修正。由于在麦克斯韦分布的速度函数下，通过高斯光谱中的多普勒展宽可以得到离子温度，多普勒频移可以得到旋转速度，故而在EAST上CXRS诊断也因电荷交换截面效应引起明显的多普勒频移和展宽，从而使得到的离子温度和旋转速度不准确，因而对于截面效应的修正则显得很重要。论文分别利用动力学理论和数值计算方法这两种方法对不同杂质的光谱进行修正并对比，同时在2015年EAST实验获得的C6+光谱进行截面修正对于实验中得到的CXRS光谱数据进行了修正。研究发现，在EAST现有的放电条件下，两种修正方法的修正结果差别不大，在将来离子温度较高的条件下，动力学方法的截面修正量相对较大;研究还发现，相同放电条件下，截面效应对离子温度的影响较小，对速度的影响较大。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 Tokamak装置的国内外发展历史及现状

1．3 本文研究内容和结构

第二章 托卡马克装置

2．1 托卡马克装置结构

2．2 托卡马克装置工作原理

2．3 本课题的实验装置

2．3．1 EAST装置

2．4 本章小结

第三章 光谱诊断

3．1 光谱诊断方法

3．1．1 谱线绝对强度法

3．1．2 谱线相对强度法

3．1．3 谱线展宽法

3．2 EAST托卡马克上光谱诊断

3．3 等离子体中的辐射

3．3．1 韧致辐射(自由-自由，f-f跃迁)

3．3．2 复合辐射(自由-束缚，f-b跃迁)

3．3．3 回旋辐射

3．3．4 激发辐射(束缚-束缚，b-b跃迁)

3．5 本章小结

第四章 托卡马克电荷交换复合光谱诊断

4．1 中性束注入的作用

4．2 中性束辐射光谱的成分

4．3 电荷交换复合光谱法原理

4．4 EAST上电荷交换光谱诊断系统

4．4．1 系统简介

4．4．3 传光系统

4．4．4 光谱仪系统

第五章 电荷交换截面效应及其修正

5．1 电荷交换截面效应

5．2 空间标定

5．3 组合测量系统测量原理介绍

5．4 数值计算模型

5．5 动力学计算模型

5．6 结果及分析

5．7 EAST实验数据截面效应修正结果

5．8 两种方法的讨论

5．9 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果