發(fā)布時(shí)間：2020-11-10 18:21

　　 在磁約束聚變等離子體物理研究中,安全因子(q)是基本物理參數(shù)之一,對(duì)等離子體輸運(yùn)與磁流體不穩(wěn)定性問(wèn)題的研究都有重要影響。運(yùn)動(dòng)斯塔克效應(yīng)MSE(Motional Stark Effect)診斷通過(guò)直接測(cè)量磁場(chǎng)偏振角,結(jié)合平衡重建代碼EFIT能夠給出q分布。為了支持EAST多道MSE系統(tǒng)設(shè)計(jì)和硬件實(shí)現(xiàn),利用中性束束輻射光譜模擬程序ALCBEAM和NBASS完成了對(duì)EAST多道MSE系統(tǒng)的模擬。在EAST裝置上參與了多道MSE系統(tǒng)的研制,完成了系統(tǒng)的組裝與測(cè)試,測(cè)量了偏振角�；�于實(shí)驗(yàn)測(cè)量的光譜,開(kāi)展了初步光譜分析。多道MSE診斷系統(tǒng)是基于中性束注入NBI(Neutral Beam Injection)的主動(dòng)測(cè)量,通過(guò)測(cè)量中性束與等離子體相互作用后輻射的特征譜線的偏振態(tài),來(lái)獲得偏振角。利用ALCBEAM和NBASS程序,本文從基本原理出發(fā),考慮中性束、收光系統(tǒng)、采集系統(tǒng)等因素對(duì)測(cè)量的影響,完成了對(duì)EAST多道MSE系統(tǒng)的模擬,獲得了中性束的衰減分布和MSE光譜。模擬結(jié)果顯示系統(tǒng)空間分辨率為0.9 cm～2.3 cm(邊界至芯部),驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。在偏振測(cè)量中,濾光片的中心波長(zhǎng)與半高寬會(huì)影響透過(guò)濾光片的信號(hào)光偏振度,直接影響著輸出信號(hào)的信噪比。通過(guò)多道MSE診斷系統(tǒng)的模擬,給出了濾光片帶寬選擇和光透過(guò)率的關(guān)系,為濾光片參數(shù)設(shè)計(jì)提供參考。中性束的高壓變化將會(huì)引起濾光片的中心波長(zhǎng)漂移,本論文還模擬了不同高壓下濾光片中心波長(zhǎng)的漂移值。在EAST實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),等離子體與多離子源中性束相互作用的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的譜線疊加,增加了數(shù)據(jù)分析難度。采用ALCBEAM和NBASS代碼對(duì)多離子源中性束與等離子體相互作用過(guò)程進(jìn)行了模擬,獲得了譜線疊加的閾值,以及較高信噪比時(shí)的中性束能量組合,為實(shí)驗(yàn)放電提供了參考�；�于上述模擬結(jié)果,參與了 EAST多道MSE系統(tǒng)的搭建與測(cè)試。該系統(tǒng)具有10個(gè)空間觀測(cè)通道,測(cè)量范圍沿著大半徑R=1.8～2.33 m,空間分辨率小于3 cm,時(shí)間分辨率10 ms,觀測(cè)的波長(zhǎng)范圍為651～661 nm。前端集光鏡頭采用了低范德?tīng)栂禂?shù)的ZF7玻璃,通過(guò)在反射鏡上鍍電介質(zhì)膜,有效地減少對(duì)收集的偏振光偏振度的影響。利用兩塊快軸之間夾角為45°的光彈調(diào)制器PEM(photo-elastic modulator)將偏振光偏振信息調(diào)制為強(qiáng)度信息,并在 PEM 之后設(shè)置 一個(gè)22.5°的線偏振片,消除其它方向的偏振光。調(diào)制之后的信號(hào)經(jīng)光纖傳輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室,通過(guò)4 nm的窄帶濾光片篩選出目標(biāo)譜線。利用光電采集系統(tǒng)進(jìn)行快速采集,而后經(jīng)鎖相放大器提取出特定的二倍頻率分量的幅值,從而獲得偏振角信息。此外,利用雙耦合設(shè)計(jì)的光路系統(tǒng),將光纖傳導(dǎo)的光信號(hào)傳遞至光譜儀進(jìn)行采集,獲得MSE譜線。MSE譜線σ與π分量之間的分裂值與磁場(chǎng)強(qiáng)度密切相關(guān),利用實(shí)驗(yàn)譜線分裂值,獲得了磁場(chǎng)強(qiáng)度分布。光譜測(cè)量值與線圈電流產(chǎn)生的總磁場(chǎng)基本一致,驗(yàn)證了光譜法分析磁場(chǎng)在EAST裝置上的可行性,從而為等離子體控制提供參考。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TL631.24
【部分圖文】：

能源是人類發(fā)展歷程中必不可少的重要成??份，因此有必要尋求可再生能源。??於：＆?＃?Ｃｏａｆ?？?Ｏｉｌ?＃?Ｎａｔｕｒａｌ?９＾５?？?Ｎｕｃｌｅａｒ?Ｈｙｄｒｏ?ｉ?Ｂｉｏｆｕｅｌｓ?ａｎｄ?ｗａｓｔｅ?＃?Ｏｔｈｅｒ??Ｊ??：；：??—?．…??？?????＂ｉ?ｉ????；■??■＇，；ｉ，ｉ??ｉ??，?ｉ??＇Ｉ?＇?！??ｔｙｎ?ｗｎ?ｉｍｋ＞?＊ｓｆｓ６?＜９９〇?ａｏｏｔ?３ｃｉｏ?ｉｏｔｉ?ｓｅｎ＊??圖１．１表示不同種類能源全球消耗的消耗量與時(shí)間的關(guān)系??技術(shù)成熟的可再生能源，例如水力發(fā)電和地?zé)幔�相�?duì)清潔和可靠；然而，好??的地?zé)崮芊浅Ｓ邢�，且分布不均。太�?yáng)能和風(fēng)能可以更加便捷的收集，但受晝夜??溫差和季節(jié)變化影響，總的利用率比較低。核裂變能源是一種己被廣泛應(yīng)用的技??術(shù)；然而，它有幾個(gè)問(wèn)題：長(zhǎng)壽命的放射性廢物和核電站事故導(dǎo)致放射性物質(zhì)泄??漏風(fēng)險(xiǎn)。因此，目前現(xiàn)有的任何技術(shù)都不能完全滿足當(dāng)今或未來(lái)的能源需求，需??要人類開(kāi)始進(jìn)一步的探索。??核聚變能是未來(lái)最有希望的能源之一�；�于氘氚的核聚變反應(yīng)在一億度以上??的高溫度下能夠促使燃料核子克服庫(kù)侖斥力，發(fā)生核反應(yīng)釋放大量的能量，并且??地球的海洋中蘊(yùn)含著極為大量的氘，幾乎用不盡，反應(yīng)產(chǎn)物放射性活度低，而且??與裂變反應(yīng)堆相比不會(huì)產(chǎn)生核事故，具有天然的固有安全性。這些特性使聚變能??具有非常誘人的前景，并且自上世紀(jì)五十年代以來(lái)一直是全球能源研宄的主題之??一。迄今己經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，并且正在建造一個(gè)大型實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆ＩＴＥＲ??１??

３）［５］。??〈〇＿ｖｒｅｌ〉＝?Ｊｃｒ（｜ｖ１－ｖ２｜）｜ｖ１－ｖ２｜／（ｖ１）／（ｖ２）ｄ３ｖ１ｄ３ｖ２?（１．２）??／?＼３／２?２??〔告）ｅｘｐ－等?（Ｌ３）??Ｄ－Ｔ反應(yīng)達(dá)到最大反應(yīng)截面的溫度為６８．６?ｋｅＶ［６］，當(dāng)今的仍然沒(méi)有達(dá)到這個(gè)??溫度的裝置。ＩＴＥＲ的目標(biāo)是運(yùn)行在１５ｋｅＶ，ＤＴ的反應(yīng)截面為最大值的３１％［７］。??ＩＣＲＦ或中性束加熱能產(chǎn)生非麥克斯韋分布的離子，包括高能量的快離子，能夠??提升反應(yīng)截面。Ｄ－Ｔ，Ｄ－Ｄ和Ｄ３－Ｈｅ的聚變反應(yīng)截面如下圖１．２所示。??ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?［ｋｅＶ］??１０°?１０１?１０２?１０３??３１０－２１Ｆ?＇?ｚ??ｆ：：：：??Ａｙ?１＝?〇：；?ｆ??＾?１０?２６?／?／?／?—?Ｄ－Ｈｅ３｜－??巴?１０?ｉ〇￣２?，—，?ｉｏ＿１?ｉｏ１５?ｌｏ１??ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?［ｂｉｌｌｉｏｎ?ｋｅｌｖｉｎｓ］??圖１．２不同聚變反應(yīng)的反應(yīng)截面ｍ??Ｄ－Ｔ反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生３．５?ＭｅＶ的ａ粒子或４Ｈｅ。因?yàn)檫@遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了等離子體溫??度，所以被稱為快離子或高能粒子。如果ａ粒子能夠在有限的范圍內(nèi)，它們將通??過(guò)碰撞而減速，加熱等離子體。這能夠減少輔助加熱，并改善所需的加熱功率提??高反應(yīng)堆的效率。當(dāng)條件合適，ｃｔ粒子可以提供聚變反應(yīng)的所有的加熱功率，反??應(yīng)就可以自我維持。我們稱這種情況為點(diǎn)火，稱等離子體為燃燒等離子體。然而，??隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氦灰的積累將會(huì)稀釋燃料，減緩反應(yīng)，以及增加雜質(zhì)濃度，導(dǎo)??３??

?第一章緒論???致能量致?lián)p失。因此，在穩(wěn)態(tài)反應(yīng)堆中，了解和控制氦離子的輸運(yùn)很重要。??托卡馬克是一種具有環(huán)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的磁約束聚變裝置。托卡馬克中間是圓柱形??的螺線管與加熱場(chǎng)線圈組成歐姆變壓器對(duì)氣體加熱產(chǎn)生等離子體形成等離子體??電流，同時(shí)外加沿著真空室環(huán)行方向分布的縱場(chǎng)線圈內(nèi)部產(chǎn)生環(huán)向磁常等離子??體電流產(chǎn)生極向磁場(chǎng)與環(huán)向磁場(chǎng)，形成了疊加的磁場(chǎng)，從而對(duì)等離子體產(chǎn)生約束。??托卡馬克的基本組成如圖１．３所示。??Ｔｏｒｏｉｄａｌ?ｆｉｅｌｄ?ｃｏｉｌｓ?？?－?Ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｃｏｉｌｓ??二?ＩＳｉＢＩ??（ｎｅｓｔｅｄ）?｜｜??Ｐｒｉｍａｒｙ?ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ?Ｖａｃｕｕｍ?ｖｅｓｓｅｌ??ｃｏｉｌｓ??圖１．３托卡馬克結(jié)構(gòu)示意圖??托卡馬克是蘇聯(lián)科學(xué)家在二十世紀(jì)五十年代提出并建造的，世界上第一個(gè)托??卡馬克裝置是Ｔ－ｌ［８］，之后建造的Ｔ－３裝置達(dá)到了?１?ｋｅＶ和電子密度１０１３ＣｎＴ３［９］，??為核聚變研究提供了一種有前景的技術(shù)路線。國(guó)內(nèi)外從事核聚變研究的同行開(kāi)始??了建造托卡馬克裝置，美國(guó)陸續(xù)建成了?ＰＢＸ－Ｍ［１Ｑ］、ＴＦＴＲ１１１］、ＡｌａｃｔｏｒＣ－Ｍｏｄ［１２］、??ＤＩＩＩ－Ｄ［１３］；英國(guó)建設(shè)了?ＪＥＴ［Ｉ４］；德國(guó)發(fā)展了?ＡＳＤＥＸ【１５］，日本建設(shè)了以ＪＴ－６０Ｕ為??主的多個(gè)托卡馬克裝置［１６］。??國(guó)內(nèi)主要從事核聚變與等離子體物理研宄的單位有：中國(guó)科學(xué)院等離子體物??理研宄所，核工業(yè)西南物理研宄院，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，華中科技大學(xué)，大連理??工大學(xué)，清華大學(xué)等。中國(guó)的核聚變研宄主要以托卡馬克為主，現(xiàn)有的主要裝置??有合肥的ＥＡＳＴｍ，成都的ＨＬ
【參考文獻(xiàn)】

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1 胡純棟;謝亞紅;謝遠(yuǎn)來(lái);劉勝;許永建;梁立振;蔣才超;盛鵬;顧玉明;李軍;劉智民;;Overview of Development Status for EAST-NBI System[J];Plasma Science and Technology;2015年10期

2 李強(qiáng);;HL-2A托卡馬克裝置的工程和實(shí)驗(yàn)概況[J];原子能科學(xué)技術(shù);2009年S2期

3 周軍;光彈調(diào)制器應(yīng)用的Mueller矩陣分析[J];常熟高專學(xué)報(bào);2001年04期

本文編號(hào)：2878216