EAST束發(fā)射光譜診斷BES的研制.pdf

1、等離子體的密度漲落是研究湍流，L-H轉變和粒子輸運等物理過程的重要的物理量，尤其是2D(2 Dimension)的等離子體密度漲落還可以直觀的給出湍流的結構等現(xiàn)象。束發(fā)射光譜診斷BES(Beam Emission Spectroscopy)是一種具有高時空分辨率的2D等離子體密度漲落診斷，它能給出一定的空間范圍內的等離子體密度漲落信息。本論文工作完成了EAST(Experimental AdvancedSuperconducting T

2、okamak)上BES診斷的研制，包括系統(tǒng)光路的設計、重要元器件的選擇、診斷系統(tǒng)的搭建、關鍵元器件的測試和檢驗、診斷觀測面的空間標定。該診斷已用于EAST物理實驗，測量到可靠的等離子體密度漲落數(shù)據(jù)。本論文的主要研究內容概括如下:
　　BES診斷系統(tǒng)依賴于EAST裝置的中性束注入NBI(Neutral Beam Injection)，診斷測量的信號是NBI注入等離子體與等離子體發(fā)生一系列的相互作用之后，中性束粒子退激發(fā)而輻射的具有多

3、普勒頻移的特征譜線。論文對EAST裝置的NBI的產生、與等離子體相互作用、輻射BES信號的全過程進行了分析，計算給出了BES診斷的有效信號。
　　確定了診斷所測量的有效信號的譜線，從診斷窗口的選擇、收光系統(tǒng)、信號探測部分、關鍵元器件的選擇等方面對BES診斷進行了設計，最終在EAST裝置上完成了BES診斷的硬件搭建。BES診斷測量多普勒紅移之后的Dα特征譜線，波長為659 nm，時間分辨率為1us，空間分辨率介于1-3 cm之間（芯

4、部分辨率高，邊界分辨率低），診斷區(qū)域可以在歸一化半徑p=0-1.2的范圍移動，共128道（徑向16×極向8或者徑向8×極向16）的2D等離子體密度漲落診斷。本診斷是2D診斷，診斷區(qū)域可以在徑向按實驗的需求進行調整，運動控制系統(tǒng)必不可少。本診斷的軟件系統(tǒng)采用IDL(Interface Description Language)程序編寫，對診斷的所有參數(shù)設置和其它的控制命令都采用一一對應的編寫方式，并且將這些命令集中在一個GUI(Graph

5、ical User Interface)控制面板，方便診斷的命令設置和問題排查與解決。
　　本診斷采用的是透射式的光路設計，當系統(tǒng)搭建完畢之后對光路中重要的元器件進行了必要的漏光檢測和診斷系統(tǒng)的空間標定。通過比較加入光路擋板和未加入光路擋板的信號透射率，證明了光路不存在漏光現(xiàn)象，證明了光路的合理性。根據(jù)光路可逆性原理，采用硬件的方式完成了診斷的空間標定。根據(jù)比對的思想，發(fā)展了軟件空間標定方法。
　　在EAST進行物理實驗時，

6、通過BES診斷測量到的實驗結果與低雜波加熱LHW(Low Hybrid Wave)、離子回旋共振加熱ICRF(Ion Cyclotron ResonantFrequency)以及中性束注入NBI之間的關系，確定了診斷測量到的信號只來自于NBI的注入，同時對NBI注入的響應是實時的，給出了等離子體密度漲落的2D圖，看到了明顯的湍流模式。對聯(lián)合超快電荷交換復合光譜診斷UF-CXRS(Ultrafast-Charge eXchange Rec