基于EAST装置半切向VUVI诊断系统的边界等离子体动力学行为实验研究

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边界等离子体行为在托卡马克等离子体总体约束中发挥着重要作用。为了深入研究托卡马克边界等离子体的动力学行为,必须发展有针对性的、同时具备高时空分辨能力的诊断手段。本文依托EAST托卡马克装置,对高速VUVI诊断系统进行了硬件升级,利用升级后的VUVI诊断系统开展ELM动力学和灰尘消融过程动力学等边界等离子体动力学过程实验研究。在EAST装置上,发展了一套真空紫外成像诊断(VUVI)系统,用于测量EAST装置上边界/台基区的等离子体二维的辐射涨落信息,通过该诊断获得的图像数据,可以提取边界等离子体的二维涨落结构及其动力学演化过程等物理信息。本文利用SVD分解技术,通过重构视频数据,成功获得了ELM爆发时产生的丝状结构,并对丝状结构的环向和极向二维特征及其动力学演化过程进行了实验研究。结果表明,在ELM爆发的不同阶段,丝状结构的极向宽度呈现不同特征,即VUVI信号的上升阶段,丝状结构的极向宽度增大;在下降阶段,丝状结构的极向宽度减小。此外,通过对比磁力线与丝状结构的极向倾斜角发现二者基本一致。丝状结构的极向速度在相同功率条件下几乎保持不变。统计结果发现,在不同的功率条件下,丝状结构的极向速度与极向宽度都随着功率的增加而增大。利用升级后的VUVI诊断,我们观察到了清晰的灰尘颗粒消融过程,并对其进行了初步分析。实验发现,灰尘颗粒在消融过程中,电离后的次级丝状消融云会沿着磁力线方向被拉长,在垂直磁力线方向呈现出不对称的现象,即在密度高的一侧出现了次级丝状消融云结构,从视频数据上可以看到明显的波纹状结构及其传播过程。初步分析表明,灰尘颗粒在消融过程中的速度在不同方向上是不同的,其产生的次级丝状消融云结构在垂直磁力线方向上的运动的速度大约为150 m/s。此外,灰尘颗粒在消融过程中会出现分裂现象。上述过程对完善弹丸注入过程中的杂质消融模型具有重要的参考意义。此外,通过对诊断系统的硬件升级,系统信噪比得到明显改善,系统数据存储速度及稳定性也得到大幅提高,为本论文工作的完成提供了很好的数据保障。
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