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本论文以软X射线诊断为基础,开发了软X射线发射率的模拟计算程序,研究了各种图像反演方法,并将图像反演方法应用到HT-7和EAST上相关MHD的研究中,总结分析了EAST上锯齿和一些MHD振荡行为。
在HT-7和EAST的反演程序中考虑了束宽效应、铍模衰减效应及铍模不均匀性对反演结果的影响,结果发现束宽效应几乎对反演芯部磁面结构没有影响,铍模不均匀性对测量值的相对分布和反演结果均会带来较大的误差。此外,在EAST上的软X射线成像系统中考虑了阵列个数、水冷、干扰和接地等因素。
为了计算HT-7、EAST和ITER上的各种杂质电离态的分布和各种辐射功率以及为ITER软X射线成像系统作概念设计,编写了软X射线发射率的模拟计算程序,并使用模拟程序计算了HT-7和ITER等离子体中杂质的电离态分布、各种辐射功率以及相关的一些参数。对于D型截面的EAST,编写了任意位形下软X射线图像反演程序,通过模拟比较发现解析法和约束最优化方法比较适合在EAST上做反演分析。最后,给出了Fourier-Bessel方法和约束最优化方法在EAST软X射线图像反演中应用的一个例子。
在对HT-7上锯齿行为的反演研究中发现,m=1模是导致锯齿崩塌的主要原因,m=2模在某些情况下会参与到锯齿崩塌中,并可能加速崩塌过程;对于大多数的情况,热芯是圆形的或豆形的,而在某些放电条件下,热芯是月牙形的;对于复合锯齿中的部分崩塌,在部分崩塌后热芯的大部分仍然在反转半径以内;对于带有后续振荡的锯齿崩塌,在崩塌过程中热芯并没有完全穿过反转面,而在后续振荡阶段,热芯又回到等离子体中心。对中间模的反演发现,在扰动振幅达到最大之前磁岛的大小也达到最大,说明了展平的电流剖面可能是抑制m=1模增长的原因。此外,利用小波变换方法对MHD振荡的动态频谱进行了分析,结果表明m=1模的振荡频率随压强梯度的增大而增大。
通过对EAST上的锯齿行为研究发现,欧姆放电条件下,锯齿周期和崩塌幅度均随电子密度的增大而增大。在某些强辐射放电条件下,可以观察到复合锯齿现象,复合锯齿现象的出现与较高的密度和杂质辐射有关系。在LHCD条件下,当低杂波功率大于400kW,等离子体电流大于250kh,密度为0.8-1.5×1019m-3,可以观察到低杂波电流驱动对于锯齿的抑制效应。研究发现,抑制m=1模所需要的低杂波功率比抑制锯齿所需要的低杂波功率更高。此外,在大电流放电中观察到了反锯齿现象,这种锯齿现象的出现可能是由于在锯齿的爬升段形成了中空的密度剖面。此外,对于双波下的锯齿行为,给出了一个锯齿周期内的磁面结构变化,结果表明扰动模式是沿顺时针方向旋转的m=1模,崩塌过程是热芯偏移和能量由内向外输运的过程。
最后,介绍了在EAST上观察到的一种MHD振荡现象,这种振荡的波形与鱼骨模的波形相似。研究结果表明,这种MHD振荡的出现可能是与强的杂质粒子输运和辐射损失相关的。