高速可见光成像研究KT5D等离子体中流体漂移不稳定性

摘要

在磁约束等离子体中边界刮离层SOL(Scrape-OffLayer)的反常输运普遍认为是由湍流及其相关结构造成的，但是由于诊断手段的限制，有关湍流时空结构的研究还很有限。随着电子成像技术的发展，高分辨高速视频成像技术已经成为磁约束等离子体中一种很好的诊断手段，并被应用于一些磁约束装置上边界等离子体的研究。 在本论文中，主要讲述KT5D试验装置上高速和低速图像诊断系统的建立和初步试验结果。 第一部分：可见光视频图像诊断系统的建立，其中包括高速和低速两套系统。高速系统主要包括硬件及软件两个部分：硬件部分有快速高分辨黑白相机MC1310，图像数据接口和传输电缆，高速视频采集卡及其扩展卡，图像采集工作站，触发电路和相机电源；软件包括相机控制软件，采集卡DCF(Digital Configuration Format)配置和调试软件，采集控制软件。该系统能对等离子体可见光辐射快速高分辨成像并通过高视频数据流保存到工作站存储器上。低速视频图像诊断系统的硬件包括黑白相机EC650，1394卡，6pin1394火线和图像采集工作站；软件包括相机控制软件Proviwer V1.18和采集控制软件 Prosilica DCAM Record。在KT5D实验中，当高速图像采集系统以1789帧/秒的速度采集时，空间分辨率达到1280×256 pixels；当速度提高到3578帧/秒时，对应的空间分辨率达到1280×128 pixels。这样使得系统能对等离子体湍流的二维结构进行较详细的研究。 第二部分：有关湍流时空结构的初步试验结果和讨论。利用高速高分辨的诊断系统，我们观测到KT5D磁约束稳态装置中的等离子体垂直分离现象，这是对单粒子轨道理论的一个直接验证。通过将高速图像与Langmuir探针测得的数据进行对比，得出光辐射强度与等离子体压强的近似线性关系。从更高速度的采集图像(1789或3578帧/秒)中通过分析得出了湍流的大致空间尺度，并且给出了时间尺度的上限。

目录

文摘

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致谢

第一章概述

第一节引言

第二节核聚变研究的发展状况

第三节可见光成像在等离子体诊断中的应用概况

参考文献

第二章KT5D双功能环实验装置概况

第一节KT5D环形磁约束装置的真空及磁场

第二节KT5D装置的诊断系统的基本原理

§2.2.1静电探针

§2.2.2可见光成像系统及原理

第三节KT5D的控制系统与数据采集系统

§2.3.1控制系统

§2.3.2数据采集系统

参考文献

第三章KT5D图像诊断系统的建立

第一节高速摄像诊断系统的建立

§3.1.1高速摄像机硬件

§3.1.2 高速图像采集卡及PC工作站

§3.1.3相机和采集卡及pc站的连接

§3.1.4软件部分

§3.1.5高速系统软件安装的流程

§3.1.6高速相机在KT5D装置上的视角

第二节低速摄像诊断系统的建立

§3.2.1低速图像采集的硬件

§3.2.2低速图像采集系统的软件

附录

第四章KT5D稳态环形磁约束等离子体中高速成像观测的初步实验结果

第一节光辐射强度

第二节等离子体参数分布不均匀引起的流体漂移

§4.2.1等离子体的垂直运动

§4.2.2等离子体流体漂移

§4.2.3 KT5D等离子体中湍流的时间尺度

参考文献

第五章总结和讨论