EAST运行相关(周五报告)

EAST运行相关内容托卡马克磁场位形•托卡马克磁场位形：BBeBe主要由纵场线圈提供主要由等离子体电流提供•托卡马克外部磁场线圈：1.纵场线圈：产生恒定环向磁场和磁通。2.极向场线圈：产生极向磁场与磁通。极向磁场的功能包括平衡与成形。极向磁通的变化率产生环向电压，驱动等离子体电流与欧姆加热。冷屏系统Thermalshield超导极向场磁体PFmagnetsystem超导纵场磁体TFmagnetsystem超高真空室VacuumVessel超高真空外杜瓦CryostatvesselEAST装置主要部件支撑系统Supportsystem按安装顺序排列经纬环快控线圈冷却水管电磁测量线圈内置式低温泵内靶板（上、下）RF天线Dome板（上、下）辉光电极外靶板（上、下）被动板（上、下）低场侧（上、下）高场侧活动限制器EAST装置真空室内部结构托卡马克等离子体位形•磁面磁力线在托卡马克中形成一个个嵌套的闭合拓扑环面，称为磁面（有些磁力线经过有限圈缠绕后回到原来位置，从该磁力线所在磁面上任意一点出发经过有限圈后均会回到原来位置，这一磁面被称为有理面，永远不会回到原来位置的磁力线所在磁面称为无理面）。•最外层磁面如果所有的闭合磁面都落在限制器的内部，这一位形成为偏滤器位形（下图）。如果有些闭合磁面在限制器的外面，那么和限制器接触的闭合磁面决定了等离子体边界，这时的位形被称为限制器位形（上图）。limiterdiverter托卡马克等离子体位形重要参数•磁面形状a=(Rmax-Rmin)/2b=(Zmax-Zmin)/2拉长比：三角度：如果上下不对称还要区分上下三角度/ba/da托卡马克等离子体位形重要参数•旋转变换ι：磁力线绕环向一周极向角的变化。•安全因子q：q的意义：磁力线沿极向一周的环向缠绕圈数。11limNnNN2/q•磁剪切：/dqsrqdr反映旋转变换径向变换率，即相邻磁面的磁力线夹角大小。8/22002pIPa•极向磁比压：表示等离子体的约束特性托卡马克等离子体成形原理•通过外加极向场线圈产生平衡所需之外磁场的洛伦兹力，可以拉伸或挤压等离子体形成不同的等离子体形状。同向同轴电流圈吸引，异向电流圈排斥。垂直位移不稳定性VZVRVZVZBBRRnBRBZnVZBR垂直位移稳定条件：n0拉长等离子体的四极场n0,因此在拉长位形下需考虑垂直位移不稳定性控制。由于其增长率很快，即使考虑电阻壁的致稳效应后，其特征时间也是在ms量极，可采用快控线圈产生水平场。托卡马克放电过程环电压、极向磁通（伏秒）以及稳态运行感应电流驱动极向场线圈电流环电压等离子体电流极向磁通（伏秒VS）非感应电流驱动等离子体击穿根据Townsend气体放电理论，托卡马克感应等离子体击穿条件：1.电场（环电压）2.工作气体气压3.磁场的磁力线连接长度注：超导托卡马克的环电压比较低，必须通过调整极向场获得良好的零场区(~10G)，增加磁力线的连接长度，来获得有效的击穿。在计算零场区时，需要充分考虑真空室电流的影响。EASTBBaLTeffeff25.0)()(300ln)(104.3)(41minmLTorrpTorrpmVE托卡马克放电简介•等离子体爬升dLIdRIdtdt极向场线圈电流变化提供（源）等离子体电流携带的磁能积聚欧姆加热，功率RI2电流爬升速率要在一个合适的范围：1.过快，容易激发撕裂模（或扭曲模）不稳定性。2.过慢，欧姆加热功率过小，等离子体辐射造成温度下降，电流通道收缩。•电流平顶段通过调节极向场线圈电流，建立等离子体平衡位形并维持，（RTEFIT和ISOFLUX控制）进行辅助加热和电流驱动，达到实验所需等离子体条件，进行物理实验研究。•等离子体电流下降为了减少对内部构件的冲击，下降过程同样需要可控的缓慢电流下降。EAST诊断•电磁测量•远红外•ECE•TS•软X射线能谱•硬X射线能谱及逃逸电子•AXUV及bolometer•软X射线•中子•静电探针•弯晶谱仪•光谱•OSMA•热电偶磁场探针：测量极向磁场和MHD行为单匝环：测量极向磁通罗柯线圈：测量等离子体电流、极向场线圈电流逆磁线圈：测量等离子体内能鞍形线圈：测量局部磁场通量以及锁模行为其他一些特殊的测量线圈：如HALO电流等电磁测量单道HCN激光干涉仪，测量大半径1.82米处的等离子体电子密度弦积分值，并为等离子体放电充气提供密度反馈信号•远红外5V对应2π，翻转一次对应弦积分密度值为0.65×1019m-2TS•如图布置的4个测量点位置•测量电子温度和密度1920mm-9cm9cm18cm-20-10010203040500.20.40.60.81.01.21.4Te(keV)MinorRadius(cm)shot8460_2.4s(740kW)shot8455_2.0s(530kW)shot8422_2.8s(320kW)shot8461_3.6s(OH)•PHA观测方向：垂直观测等离子体下半空间使用探测器：NaI阵列道数：6道空间分辨：6-8cm能量探测范围：1～12MeV能量标定范围：1.33～6.13MeVplasmadetectorcollimatorEAST逃逸水平阵列示意图逃逸电子诊断逃逸电子诊断阵列信号名称：RA5~RA10硬x射线诊断系统信号名：RA1~RA4AXUV探测阵列可用于测量小环截面上的辐射功率的时空分布；测量的弦积分信号在经过反演及相关数学处理后，可以获得辐射功率沿小半径的变化及总的辐射功率等离子体拉长后，可观察到偏滤器区域辐射增强等离子体中杂质引起的辐射峰AXUV•软X射线•锯齿•MHD•温度密度相关信息中子测量中子注量测量聚变中子产额聚变功率计算离子温度研究中性束及高功率波加热效率研究快电子、逃逸电子的行为光核反应、核分裂反应占主导，及等离子体大破裂时热核聚变反应D(D,n)3He逃逸电子厚靶辐射产生的高能γ-ray与重金属材料发生的光核反应186W(γ,n)185W电致分裂(electro-disintegration)EDD(e,e’n)H光致分裂(photo-disintegration)PDD(γ,n)H中子的来源:装置及人员的辐射防护EAST偏滤器探针极向分布•三探针安装在上下偏滤器的DEFG段内外靶板和DE段DOME上。•内靶板空间分辨率1.5cm，外靶板空间分辨率1cm。•测量偏滤器靶板表面等离子体温度、密度、悬浮电位、粒子通量、热通量。•D段高场侧安装3个马赫探针，上下被动板上各安装1个马赫探针。•测量等离子体环向、极向流速的极向分布。•A水平窗口安装气动探针。•测量主等离子体边界各种物理量。弯晶谱仪X射线弯晶谱仪能测量的参数1.离子温度2.等离子体旋转速度3.一定范围内的电子温度4.重杂质的分布和输运光谱A窗口杂质诊断主要是测定测量CIII（464.7nm）和OV（441.5nm）线辐射。探头固定于A水平窗口，观察位置是水平中心向上208mm。韧致辐射的波长为578.0nm，观察位置和杂质诊断相同VB用于有效Z的测量H-alpha简介•Ha光谱诊断的测量对象是氢及其同位素的Balmer系谱线。对应波长为656.28nm。•Ha由光电二极管将光信号转化为电流信号，经电流电压放大后进入采集。实际测量到的信号是Ha谱线辐射的积分信号I，等于：•对于等离子体的时空分布测量，可以得到等离子体的一些重要参数，如中性氢密度，中性粒子通量，粒子约束时间，粒子再循环系数等。OSMA两套光学多道分析（OMA），可同时监测轻杂质（C，O，B）不同电离态的线辐射。OSMA1(SP300)为宽波段杂质监测，OSMA2(SP750)为窄波段高分辨率，用于H/D比和杂质精细线性的监测