EAST真空室内磁场模型的建立与验证

利用毕奥萨伐尔定律,通过对EAST内部等离子体电流的运动状态的研究,建立了EAST内部的磁场数学模型,并利用Matlab对实验数据的拟合分析,对模型进行了分析验证。通过误差分析,进而改进模型,研究表明改进后的模型与实验数据能较好吻合,误差较小。相关研究和结论对托卡马克真空室内磁场测量具有一定的指导意义,为进一步研究基于MEMS技术的超导托卡马克装置电磁测量诊断系统的微纳磁敏传感器奠定理论基础。     

EAST 磁探针 NS 值标定

为了获得精准的磁场测量数据,基于磁探针测量磁场的基本原理,构建了由长螺线管、交流电源、标准探针和数据采集系统组成的长螺线管标定系统,对EAST 磁探针垂直于磁感应强度方向的总有效面积(NS 值) 进行了精确的标定,并对标定数据进行了分析处理。获得的结果符合预期的误差要求,为磁探针精确测量托卡马克中的磁场提供了前提条件。     

EAST装置等离子体放电位形快速识别研究

为了适应超导托卡马克装置EAST位形控制运行模式的需要，研究了等离子体放电位形快速识别算法，给出了等离子体放电位形重建的模拟计算结果，并与美国GA平衡反演程序EFIT计算的平衡结果进行了详细的误差对比分析.结果表明，通过外部磁测量和合适的电流剖面模型，并结合实时平衡重建算法可以快速地对EAST等离子体放电位形进行识别. 关键词： 托卡马克 等离子体 平衡重建 数值模拟     

EAST超导磁体系统液氦温度测量方法与误差分析

在EAST托卡马克核聚变实验装置中,超导磁体系统的热负荷计算、超导性能和及其运行稳定性都与运行温度有很大关系,因而要求液氦温度测量有较高测量精度.文中主要讨论EAST超导磁体系统中液氦温度测量的相关技术、误差来源及其影响,同时提出一系列减小误差的方法,取得了较好的实验运行结果,满足了工程要求.这些方法对低温微弱信号测量具有普遍适用性.     

EAST托卡马克杂质输运蒙特卡洛模拟

介绍DIVIMP程序的基本思想和采用的物理模型,研究EAST托卡马克欧姆放电条件下碳杂质的产生与输运.模拟结果与实验测量具有较好的一致性,说明将该程序应用于EAST装置中杂质输运模拟的合理性.并利用DIVIMP程序预测EAST在8MW加热功率条件下钨杂质的输运特性.     

零维系统模型改进及其对EAST稳态运行区的分析和预测

零维系统模型已广泛应用于下一代托卡马克装置设计以及聚变反应堆等离子体性能的预测和分析,但普遍采用物理近似和经验公式会导致较大的系统性误差.本文通过引入等离子体平衡程序使主要等离子体分布参数及其计算基于磁面信息,引入Sauter模型的自举电流系数与碰撞率变化关系改进自举电流计算,利用EAST上的实验结果对改进后的模型进行验证,零维系统模型计算结果与动理学平衡分析结果基本符合.利用改进模型从已有实验结果出发,对EAST上实现500 kA等离子体电流的稳态、长脉冲运行区所需要的加热/电流驱动功率及其能够达到的归一化比压进行了分析和预测.计算结果表明,EAST在7.0—9.5 MW加热/驱动功率,约束改善因子H98为1.25—1.35,归一化密度fnG约为0.9的参数范围内可以实现500 kA等离子体电流且自举电流份额在50%以上的稳态运行;9.5 MW加热/驱动功率,H98为1.0—1.4,fnG为0.8—1.0的参数范围可以实现较高性能的长脉冲或稳态运行.综合来说,提升等离子体约束性能,可在较低的加热/驱动功率下实现同样等离子体参数的完全非感应运行,扩展等离子体运行区,是实现高参数等离子体...     

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介绍了EAST超导托卡马克偏滤器的最新冷却模块结构。利用FLUENT有限元软件对不同参数下的模型进行了稳态热分析,定量研究了冷却模块换热能力随各参数的变化规律。针对EAST装置给出了初步优化的参数范围,为水冷钨铜偏滤器的设计制造提供了参考。这对于托卡马克装置及聚变堆偏滤器研究具有十分重要的意义。     

基于Linux 集群的EAST 实验数据在线分析及可视化

超导托卡马克装置EAST 长稳态运行的方式需要对实验有重要影响的实验数据进行在线分析和数据可视化。介绍了Linux 集群的概念, 给出了系统总体结构功能设计方案和硬件总体结构方案, 阐述了实验数据在线分析和数据可视化的实现方法。     

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为了测量EAST磁体位移的变化,采用计算机视觉处理方法构筑三维测量模型,利用边缘检测算法对图像采集系统获得的图片进行识别和检测,最终得出位移的变化值,从而可以在等离子体磁场位形控制中通过补偿修正这些变化。该测量方法解决了EAST装置冷质磁体位移测量的难题。     

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介绍了EAST托卡马克逆磁线圈加补偿线圈的逆磁测量。该方法的优点是补偿线圈有效地消除了纵场线圈产生的磁通变化,而调节机构能降低来自极向场的误差信号。详细地叙述了逆磁线圈工程设计中考虑的材料选择和结构设计对逆磁线圈的影响。最后给出了次测量系统的误差分析。     

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Based on the basic principle of measuring magnetic field by magnetic probe, a solenoid calibration system is constructed by a long solenoid, alternating current power, standard probe and data acquisition system in order to get the accurate magnetic field data. The NS value of magnetic probe on EAST is calibrated accurately by the solenoid calibration system and the data of the calibration is analysed. The obtained results are what we expected and provide the prerequisite for accurate magnetic field measurement in tokamak.     

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为了标定EAST装置电磁测量系统中的磁探针位置偏差和回路增益,通过分析该装置中的误差源,设计了极向场线圈的通电模式。运用格林函数等算法程序对测量数据进行预处理,利用简化的泰勒线性展开,结合带权重的最小二乘法对数据进行多次循环迭代,拟合出磁探针的位置偏差和回路增益。实验结果表明,使用该方法标定是合理的。     

磁探针参数的标定

为了标定EAST装置电磁测量系统中的磁探针位置偏差和回路增益,通过分析该装置中的误差源,设计了极向场线圈的通电模式。运用格林函数等算法程序对测量数据进行预处理,利用简化的泰勒线性展开,结合带权重的最小二乘法对数据进行多次循环迭代,拟合出磁探针的位置偏差和回路增益。实验结果表明,使用该方法标定是合理的。     

EAST共振磁扰动线圈电源响应延迟分析及优化

为了提高EAST装置中共振磁扰动(RMP)线圈电源的输出电压、电流响应速度和输出特性,对共振磁扰动线圈电源的响应时间延迟进行了分析和优化处理。详细分析了对称规则采样和单极性倍频PWM调制过程所产生的时间延迟,针对该部分时间延迟提出了多次采样延时数据更新方法,对逆变电源控制器进行优化和改进。实验结果表明,采用该方法后电源输出响应时间延迟从206μs减小为70μs,可以满足EAST实验的需求。     

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In order to improve response speed and output characteristics of resonant magnetic perturbations (RMP) coil power supply of EAST tokamak, the response time delay is analyzed and optimized. Time delay that is caused by symmetrical rules sampling and single polarity PWM is amply analyzed and quantitatively determined. And multiple sampling & tardive updating is proposed to improve inverter response delay. The experimental data demonstrates that response time delay is decreased from 206μs to 70μs by the method, which meets the requirement of EAST experiments.     

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等离子体破裂时随着等离子体电流的迅速衰减会在托卡马克装置真空室上产生很大的感应电流并导致电磁力。将EAST 装置真空室双层结构简化为若干环形线圈,采用互感矩阵法对破裂后真空室上感应电流及其导致的电磁力进行了模拟,用Fortran软件分析了真空室上感应电流、磁场、电磁力的变化规律。所得结果为未来托卡马克装置的工程设计改造提供理论依据。     

中性束注入在EAST中激发的离散阿尔文不稳定性

中性束加热将应用于先进实验超导托卡马克装置中, 在改善等离子性能的同时也会激发起多种阿尔文不稳定性. 本文主要采用了数值模拟的方法在理论上研究了中性束注入时在台基区激发的离散阿尔文本征模(αTAE) 和环效应阿尔文本征模(TAE), 结果表明在这个区域会激发出丰富的离散阿尔文不稳定性, 这种离散阿尔文不稳定性不同于传统的TAE, 这种模式是俘获在气球模驱动势阱中的束缚态, 由于气球模势阱的存在使它和连续谱解耦, 从势阱中漏出去的能量可以忽略不计, 和TAE类似都很容易被激发, 这种模式可以存在于gap内, 也可以存在于gap外, 频谱更宽泛. 注入功率越大这种不稳定性增长率越大. 这种不稳定性可能会影响等离子体的物理行为, 从而影响等离子体的约束.     

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应用有限元分析软件ANSYS建立了EAST装置外杜瓦结构的三维有限元计算模型。在模态分析的基础上,根据《核电厂抗震设计规范》要求设计的地震响应谱作为输入条件,对EAST装置外杜瓦结构进行了地震响应分析计算。计算结果表明,地震动作用下EAST装置外杜瓦的位移和应力响应比较小。依据评判标准,EAST装置外杜瓦结构设计在地震动作用下能满足抗震设计强度要求,能保证装置的抗震安全。