HT-7上电子回旋辐射成像诊断（ECEI）系统的建立及初步实验

摘要

本论文完成的主要工作包括：首次在国内研制建立了一套托卡马克等离子体电子回旋辐射成象ECEI诊断系统，以及将这套ECEI诊断系统安装到HT-7超导装置上，进行初步实验研究的结果，这两部分。 首先，通过大量的工作，完成了国内第一套ECEI诊断系统的研制工作。从ECEI系统的物理概念设计和工程设计，光学和整体系统平台的设计优化和加工，有关材料、器件、设备的采购和验收，例如两套波源和64道同步高速数据采集，通过国际合作获得的天线阵列和中频放大器组合，等等各个配套系统的安装、检测、调试等，从无到有，经历了建立一套先进诊断系统的整个过程。在成像光路系统的设计上大胆采用了柱面镜的形式，避免了加工大尺寸球面镜的困难。在改变系统成像聚焦的位置方面，采用了移动透镜，而非整个ECEI诊断系统的方式，大大简化了装置的支持结构。在数据采集系统方面，在linux下采用了bash与Labview协调处理加远程桌面控制的方式，实现了远程数据的采集与显示，大大简化了系统数据采集软件编写的工作量。 这些工作使得第一套ECEI诊断装置得以赶上HT-7装置2005年春季的实验，进行了初步的ECEI诊断研究。经过实验定标，从该系统测量数据，得到了电子温度分布的剖面及其随时间演化的图像。通过自相关方法的测量，我们也初步得到了局域电子温度涨落的信息，并且了解到自相关测量对于系统屏蔽噪声的高要求。通过各道之间的互相关的测量，初步观测到在HT7芯部中平面附近等离子体宽带湍流存在一个100kHz左右的涨落模式(进一步的研究有待于系统的进一步优化调整和信噪比的提高)。对于k⊥的测量计算，看到了电子温度涨落的低频MHD部分是在电子逆磁漂移方向传播，高频部分由于目前的天线阵列和中频电子学系统的信噪比不够高，还难以确定。 这些工作，为下一步ECEI诊断系统的改进和升级，包括系统各部分的优化，调试、实验应用技术等多方面积累了重要的经验，指明了方向。并据此，结合我国的国情，提出了下一阶段ECEI诊断系统升级改进的优化的具体方案。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章概述

1.1受控磁约束热核聚变

1.2反常输运的研究

1.3电子回旋辐射成像(ECEI)

1.4论文要点

附图

参考文献

第二章ECE成像诊断基本原理

2.1简介

2.2 ECE诊断基本原理

2.3 ECE辐射计

2.4 ECE诊断的可近性

2.5 ECE诊断的空间分辨

2.6 ECE诊断的温度分辨

2.7采用ECE辐射计进行的Te涨落的测量

2.7.1 ECE辐射的强度涨落

2.7.2强度涨落的相关特性

2.7.3相关辐射计

附图

参考文献

第三章ECE成像诊断的工程设计

3.1新颖的ECE成像诊断

3.2成像阵列

3.3光学系统

3.3.1系统考虑

3.3.2设计过程

3.3.3本振光路

3.3.4光学系统性能的测定

3.4电子学系统

3.5折射效应

附图

参考文献

第四章HT-7上ECEI诊断系统的建立

4.1 HT-7超导托卡马克简介

4.2 HT-7上ECEI诊断系统的布局

4.3成像阵列

4.4成像光路

4.4.1成像光路主要参数的确定

4.4.2成像光路的设计过程

4.4.3 HT-7上ECEI成像光路设计的最终结果

4.4.4透镜所用HDPE材料的检验

4.4.5成像系统性能的测试与安装

4.5本振及其功率耦合光路

4.6 IF信号处理及数据采集

附图

参考文献

第五章HT-7上ECEI诊断的初步实验

5.1初步实验的基本情况

5.2 HT-7上ECEI诊断系统的定标及Te剖面的测量

5.3 HT-7等离子体芯部电子温度涨落的测量

5.3.1背景

5.3.2实验结果

5.4实验小结

附图

参考文献

第六章总结及下一阶段的展望

6.1已完成工作的总结

6.1.1 ECEI诊断系统的设计及搭建

6.1.2 ECEI诊断系统的初步实验

6.2下阶段工作的考虑

6.2.1系统的进一步改进

6.2.2下阶段ECEI诊断系统的升级

6.3未来ECE成像诊断技术的发展

6.3.1紧凑的平面天线阵列的发展

6.3.2单片天线阵列的发展

6.4.3成像光学系统的发展

附图

参考文献

附录 发表的论文