论文部分内容阅读
EAST超导托卡马克装置的建设是国家“九五”重大科学工程,该装置建设成功使我国核聚变研究进入到世界的前沿。电磁测量是托卡马克装置工程与等离子体物理实验最基本的诊断。一方面,对于一个新建的托卡马克装置,通过电磁测量,可以确定已经安装的磁体系统是否达到设计要求;另一方面,电磁测量对于装置运行、等离子体放电参数的控制以及物理诊断方面都起着极其重要的作用。
本课题来源于“中国科学院知识创新工程重要方向”项目支持,项目编号:kjcx3.sywN4。论文的主要研究内容是,开展超导磁体场形的测试实验研究,确定磁体系统能否满足设计要求;在装置中建立一套电磁测量系统,满足装置目前和未来几年高参数物理运行的需要。
本论文的主要研究内容和创新点如下:
首先,通过计算分析确定电磁测量工程设计的三个原则,即:材料选择原则、机械设计准则、电磁测量部件要求。保证后续电磁测量工程实现后电磁测量信号的精确、可靠。
其次,提出了低温下磁体场形的测量方法。采用了EFIT程序,分析计算出磁探针在真空室内的安装位置;采用一体化设计、加工、安装的方法,提高了真空室内磁探针的安装精度,减小了安装误差对测量的影响。测试实验数据分析结果证实了极向场和纵场线圈的磁场分布结构能够达到设计要求。
再次,对装置中电磁测量进行了工程研究,①提出了Mirnov线圈的幅频响应算法,计算并验证了设计的Mirnov线圈信号响应的带宽能够满足装置物理运行要求。②分析计算了逆磁信号测量误差与逆磁线圈厚度方向上的面与磁轴间的夹角之间的关系。通过通电标定,获得了各个极向场线圈对逆磁和补偿信号影响的修正系数。③利用真空室内的快控线圈对真空室内外的罗柯线圈开展了标定;对水冷电缆罗柯线圈两种不同的标定方法开展了分析,确定了标定系数。④分析计算了典型位置单匝环的截止频率;确定了所有单匝环输出信号的误差满足反演要求;解决了单匝环铠装线端头在高温、高真空真空室内的泄漏问题。⑤阐述了装置运行期间HALO电流产生的原因和危害,并以此完成了HALO线圈的设计和测试实验。
通过对三轮运行实验的结果进行分析,证实了EAST电磁测量部件的工程实现能够满足装置的物理要求。由EFIT程序对电磁测量中小探针系列、单匝环系列给出实时的信号反演出的等离子体位形与CCD拍摄的实时真空室内等离子体位形一致。由连续多次等离子体IP/R/Zd控制的一致性可以确定电磁测量的部件能够满足未来对等离子体等磁面的控制。