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EAST托卡马克上的电子回旋辐射成像及锯齿重联物理的实验研究

徐明  
【摘要】:本论文的主要工作分为两大部分:第一部分为EAST托卡马克上ECEI光学系统的设计研制和整套ECEI系统在EAST托卡马克上的搭建工作;第二部分为利用该套ECEI诊断系统研究了EAST托卡马克中的锯齿不稳定性等MHD现象。 第一部分,本论文根据EAST托卡马克的实际情况,在利用原有HT-7装置电子回旋辐射成像(ECEI)诊断系统的探测器和电子学部分的基础上,设计了适合EAST托卡马克的全新的ECEI光学透镜系统。这套系统具有4P和3P两种运行模式,其中4P模式具有较高的空间分辨能力,而3P模式具有更好的成像定位稳定性,通过加减一块透镜即可以方便地实现两种模式之间的转换,这样就实现了整套系统在获得高空间分辨率的同时,还具有高度的灵活性及适应性。在设计中针对EAST托卡马克中ECEI光路过长,系统的球差问题比较严重等问题,我们加入了非球面透镜—双曲面透镜,有效的解决了整套光学系统的串扰以及球差等问题。此外,我们根据EAST托卡马克周围空间环境的限制问题,设计研制了一套灵活且调节方便的光学透镜支撑调节系统。改进后的适用于EAST托卡马克上的ECEI诊断系统的空间覆盖范围:20cm(P)×6cm(R),并且具有各道比较均衡的高空间分辨率(1厘米级)和高时间分辨率(0.5-1微秒级)。 第二部分,本论文在全面完成这套新ECEI系统的台面测试和在EAST装置窗口上的实地安装调试后,成功地将其应用于EAST装置近年来历次的实验中。我们利用该诊断系统研究了EAST托卡马克中各类磁流体力学不定性,并取得的若干重要的实验结果: 首先,我们利用ECE成像诊断高空间分辨和高时间响应的特点,并结合MHD不稳定性爆发时的所表现的特征,发展了一套测量EAST磁轴的方法。 其次,本论文利用ECE成像诊断对EAST中欧姆放点条件下可能出现的锯齿进行了分类,并对各类的锯齿成像演化特征做了简单分析,具体概括为: (1).当等离子体比压较高而qa较低时,低的qa意味着较大的q~1反转半径并对应比较平坦分布的q(r),此时的锯齿称为DI,这类锯齿的前兆振荡表现为m/n=1/1及其高阶模共存;而当等离子体比压降低且qa保持不变时,此时容易激发特征锯齿DH,这类锯齿具有复合锯齿的特点。 (2).当等离子体比压较低而qa较高时,此时的锯齿称为特征锯齿A,该锯齿演化过程中具有一定的气球模特征。 (3).当等离子体比压和qa适中时,锯齿演化可以通过Porcelli不完全重联模型描述,而锯齿的现象特征可以用H.K. Park实验结果所描述。 此外,在偏滤器位形的ICRF加热条件下观察到特征锯齿E,这类锯齿表现为中兆振荡的特征。同时,我们在偏滤器位形下还观察到特征锯齿F和G,这两类锯齿分别表现为后兆振荡和无前兆振荡。 第三,本论文利用ECE成像诊断观察了撕裂模m/n=2/1在q~1反转面的耦合模特征,并在实验上首次给出了该耦合模的空间分布特征。而这种耦合模发生在锯齿前兆振荡之前,并随锯齿前兆振荡模的出现而消失,存在时间约2-4ms。我们初步估测,这种耦合模极大程度上影响了锯齿的演化特征。


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