EAST束發(fā)射光譜診斷BES的研制.pdf

1、等離子體的密度漲落是研究湍流，L-H轉(zhuǎn)變和粒子輸運(yùn)等物理過(guò)程的重要的物理量，尤其是2D(2 Dimension)的等離子體密度漲落還可以直觀的給出湍流的結(jié)構(gòu)等現(xiàn)象。束發(fā)射光譜診斷BES(Beam Emission Spectroscopy)是一種具有高時(shí)空分辨率的2D等離子體密度漲落診斷，它能給出一定的空間范圍內(nèi)的等離子體密度漲落信息。本論文工作完成了EAST(Experimental AdvancedSuperconducting T

2、okamak)上BES診斷的研制，包括系統(tǒng)光路的設(shè)計(jì)、重要元器件的選擇、診斷系統(tǒng)的搭建、關(guān)鍵元器件的測(cè)試和檢驗(yàn)、診斷觀測(cè)面的空間標(biāo)定。該診斷已用于EAST物理實(shí)驗(yàn)，測(cè)量到可靠的等離子體密度漲落數(shù)據(jù)。本論文的主要研究?jī)?nèi)容概括如下:
　　BES診斷系統(tǒng)依賴(lài)于EAST裝置的中性束注入NBI(Neutral Beam Injection)，診斷測(cè)量的信號(hào)是NBI注入等離子體與等離子體發(fā)生一系列的相互作用之后，中性束粒子退激發(fā)而輻射的具有多

3、普勒頻移的特征譜線。論文對(duì)EAST裝置的NBI的產(chǎn)生、與等離子體相互作用、輻射BES信號(hào)的全過(guò)程進(jìn)行了分析，計(jì)算給出了BES診斷的有效信號(hào)。
　　確定了診斷所測(cè)量的有效信號(hào)的譜線，從診斷窗口的選擇、收光系統(tǒng)、信號(hào)探測(cè)部分、關(guān)鍵元器件的選擇等方面對(duì)BES診斷進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最終在EAST裝置上完成了BES診斷的硬件搭建。BES診斷測(cè)量多普勒紅移之后的Dα特征譜線，波長(zhǎng)為659 nm，時(shí)間分辨率為1us，空間分辨率介于1-3 cm之間（芯

4、部分辨率高，邊界分辨率低），診斷區(qū)域可以在歸一化半徑p=0-1.2的范圍移動(dòng)，共128道（徑向16×極向8或者徑向8×極向16）的2D等離子體密度漲落診斷。本診斷是2D診斷，診斷區(qū)域可以在徑向按實(shí)驗(yàn)的需求進(jìn)行調(diào)整，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)必不可少。本診斷的軟件系統(tǒng)采用IDL(Interface Description Language)程序編寫(xiě)，對(duì)診斷的所有參數(shù)設(shè)置和其它的控制命令都采用一一對(duì)應(yīng)的編寫(xiě)方式，并且將這些命令集中在一個(gè)GUI(Graph

5、ical User Interface)控制面板，方便診斷的命令設(shè)置和問(wèn)題排查與解決。
　　本診斷采用的是透射式的光路設(shè)計(jì)，當(dāng)系統(tǒng)搭建完畢之后對(duì)光路中重要的元器件進(jìn)行了必要的漏光檢測(cè)和診斷系統(tǒng)的空間標(biāo)定。通過(guò)比較加入光路擋板和未加入光路擋板的信號(hào)透射率，證明了光路不存在漏光現(xiàn)象，證明了光路的合理性。根據(jù)光路可逆性原理，采用硬件的方式完成了診斷的空間標(biāo)定。根據(jù)比對(duì)的思想，發(fā)展了軟件空間標(biāo)定方法。
　　在EAST進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，

6、通過(guò)BES診斷測(cè)量到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與低雜波加熱LHW(Low Hybrid Wave)、離子回旋共振加熱ICRF(Ion Cyclotron ResonantFrequency)以及中性束注入NBI之間的關(guān)系，確定了診斷測(cè)量到的信號(hào)只來(lái)自于NBI的注入，同時(shí)對(duì)NBI注入的響應(yīng)是實(shí)時(shí)的，給出了等離子體密度漲落的2D圖，看到了明顯的湍流模式。對(duì)聯(lián)合超快電荷交換復(fù)合光譜診斷UF-CXRS(Ultrafast-Charge eXchange Rec