论文部分内容阅读
破裂对托克马克装置是一个十分严峻的问题,其对装置造成的损害主要包括以下几个方面:局部热负荷;破裂期间大电磁应力;高能逃逸电子。由于逃逸电子所携带的能量很高,大型装置中甚至高达100MeV,当其失去控制轰击到装置壁时,会对装置造成严重的损伤,因此破裂缓解及逃逸电子行为研究始终是国际聚变领域的热点课题。研究逃逸电子的主要诊断手段包括以下几种:硬X射线诊断、红外相机同步辐射和光中子诊断等。其中硬X射线诊断作为一种常规诊断,可以为破裂及逃逸电子研究提供基础的物理图像,因而在各大装置上得到广泛使用。J-TEXT上的硬X射线诊断主要是分布于装置四周的环向和空间诊断阵列,它们都是通量诊断,只能提供硬X射线辐射强度,无X射线能量演化信息。本文利用JTEXT上已有的硬X射线探测器阵列,设计了能谱采集仪器脉冲多道分析器,搭建了J-TEXT装置硬X射线能谱诊断系统。该系统通过对探测器输出信号进行特定的模拟和数字化处理,实现了对X射线的能量分解,通过特定的粒子反演算法还可以得到逃逸电子在等离子中的分布,从而为逃逸电子的物理研究提供丰富的细节。本文的核心内容为J-TEXT装置X射线能谱诊断系统脉冲多道分析器的设计,其采用数字信号处理器DSP作为主控,使用基于相位补偿的脉冲信号峰值检测电路实现了高数据吞吐率(1.2Mcps),高时间分辨率(0.5ms)及高检测精度(1%以内)的要求。通过数学计算和定性分析的方法设计了脉冲多道分析器的底层硬件系统电路及信号采集板PCB,通过数学建模对信号处理电路进行了理论分析并使用Multisim仿真软件进行了验证。采用C语言设计了底层硬件系统控制程序,使用C#语言编写了采集控制软件,针对高时间分辨率及采集稳定性等需求对软件系统进行了优化。目前该仪器已成功运用于J-TEXT装置X射线能谱诊断系统,分析了放电起始阶段及逃逸电流平台期间逃逸电子的能量演化过程,研究了X射线锯齿期间逃逸电子的输运行为,其在输出吞吐率,时间与能量分辨率、工作稳定性等方面表现出优异的性能。