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中性束注入(Neutral Beam Injection,简称NBI)加热是磁约束核聚变反应主要的辅助加热手段之一,准确的监测其运行状态并确保其安全稳定运行有着非常重要的意义,为了实现中性束对等离子体的高效加热,对离子束(中性束)束功率的准确测量是必不可少的。本文是基于水流热量累积测量(Water FlowCalorimetry,简称WFC)诊断系统在测量过程中产生的不可避免的误差而展开的,主要完成了WFC系统由于有限采集时间与真空室内外传输过程中由于热传递产生的热损失而造成的误差的修正,并将修正结果嵌入到现有的沉积功率计算系统中,实时地得到更加精确的热沉积功率,提高WFC诊断系统的准确性,为功率沉积分布和中性化效率的精确测量提供依据。 在中性束注入加热时,由于空间电荷效应、引出相差和引出电极的几何结构等原因,使得束流在传输过程中发散。发散的束流打在热沉积部件上,会使热沉积部件产生一定的热负荷,因此EAST(Experimental Advanced SuperconductingTokamak,简称EAST)-NBI采用水流热量累积测量系统一方面来保护热承载部件,另一方面通过计算水冷系统带走的热量来衡量束流在各部件上的沉积功率并进一步求出束流的总功率。但是,在WFC系统中存在着不可避免的温差,文中对其误差进行了详细的分析与修正。 根据分析,EAST-NBI水流热量累积测量系统的误差主要由三部分组成:有限采集时间造成的误差、真空室外热对流造成的误差、真空室内由于热传导与热辐射造成的误差。文中对这三部分的误差来源进行了详细的分析,并对各部分误差进行了修正。对于有限采集而导致的误差本文通过采用E指数拟合的方法来模拟未采集到的温差变化,从而得到完整的水流带走的热量;对于真空室外由于热对流而导致热量损失,本文通过传热学的相关原理对由于热传递而导致的热量损失进行了详细的分析,并通过优化实验装置获得与实验误差相关的关系式最终实现了修正误差;对于真空室内由于热传导与热辐射而产生的热量损失,文中利用热辐射与热传导的相关原理对其损失的热量进行了评估。 结果表明:在利用上述方法将WFC的计算结果进行修正,可以将总沉积功率的精确度提高将近十个百分点,离子束的总沉积功率占引出功率的百分比可以提高至大约96%,中性束的百分比可以提高至大约86%,在一定程度上提高了WFC诊断系统计算沉积功率的准确性。论文最后也对比分析了离子束与中性束沉积功率的差距,推测是由于在中性束情况下束流扩散面更广,从而通过真空室内壁与偏转磁铁损失了更多的能量,因此相同引出功率下发现中性束比离子束少了约10%的沉积功率。通过对WFC系统误差的分析,得到更加精确的束沉积分布,将为中性束对等离子体的高效加热提供更加精确的诊断支持。