EAST托卡馬克電子密度分布反演研究.pdf

1、對(duì)于核聚變等離子體物理實(shí)驗(yàn)而言，電子密度是其重要的參數(shù)之一，它的分布和幅度不僅能夠反映裝置的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ约斑\(yùn)行狀況，而且對(duì)于理解等離子體平衡、約束特性以及MHD(magnetohydrodynamic)不穩(wěn)定性也是非常重要的。
　　遠(yuǎn)紅外激光干涉儀和微波反射儀是測(cè)量等離子體線積分電子密度值和密度剖面常用的手段，目前已經(jīng)在許多大型裝置上成功應(yīng)用。前者是根據(jù)電磁波在真空中和在等離子體中傳播時(shí)具有不同的折射率，通過(guò)測(cè)量和比較電磁波在真空中

2、和等離子體中傳播相同光程所引起的相位差，繼而計(jì)算該道激光弦上的線積分電子密度值;后者是根據(jù)雷達(dá)的原理，在非均勻的等離子體中，通過(guò)測(cè)量微波在經(jīng)過(guò)等離子體反射后產(chǎn)生的相位延遲來(lái)計(jì)算每個(gè)位置處等離子體的密度，繼而得到密度剖面。
　　遠(yuǎn)紅外激光干涉儀測(cè)得的是不同位置處的線積分密度值，微波反射儀測(cè)到的是中平面處邊界的密度剖面，所以要想得到等離子體的整體密度剖面，還需要結(jié)合相關(guān)診斷的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理，即密度分布反演方法。常見(jiàn)的密度反演方

3、法有Abel反演、分離變量法、切片法、奇異值分解法、Park矩陣法等，每種方法所需要的密度診斷數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)處理的繁簡(jiǎn)程度都不一樣，所能應(yīng)用的范圍也各不相同。本文考慮到EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)裝置自身診斷系統(tǒng)的特點(diǎn)，將微波反射儀系統(tǒng)和遠(yuǎn)紅外激光偏振干涉儀系統(tǒng)（polarimeter/interferometer, POINT）的數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)后再結(jié)合起來(lái)，在校準(zhǔn)過(guò)程

4、中，我們探索了一種可以將反射儀數(shù)據(jù)換算成不同位置處干涉儀數(shù)據(jù)的方法，得到了干涉儀尚未覆蓋區(qū)域的線積分電子密度值。在相鄰磁面間電子密度值相同的前提下，將等離子體以中平面為界線一分為二，根據(jù)EFIT(equilibrium fit)提供的磁面坐標(biāo)信息和線積分電子密度值，對(duì)兩部分等離子體分別從最外層磁面開(kāi)始，逐個(gè)向內(nèi)計(jì)算每一個(gè)區(qū)域的等離子體電子密度，最后得到整個(gè)等離子體的密度分布，即密度剖面。根據(jù)該方法已成功反演出EAST多種位形下的密度剖面

5、。
　　對(duì)于反演所得到的密度剖面，考慮到作為輸入變量的5道POINT數(shù)據(jù)以及EAST上現(xiàn)有一套三道垂直測(cè)量的HCN干涉儀系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，我們分別根據(jù)這兩個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行了誤差分析。首先在計(jì)算兩部分等離子體每個(gè)區(qū)域的電子密度時(shí)，最內(nèi)層磁面的密度值會(huì)被計(jì)算兩次，如果兩次計(jì)算的值相差超過(guò)3％，則需要對(duì)磁面坐標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，使誤差滿足要求。然后將得到的密度剖面按照實(shí)驗(yàn)測(cè)量道位置的坐標(biāo)進(jìn)行積分，得到積分值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值進(jìn)行比較，如果誤差在5