POINT偏振干涉仪诊断系统的优化

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:agony2013
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等离子体电子密度和电流密度分布是核聚变等离子体的重要参数。等离子体电流密度的测量对于研究等离子体电流输运物理机制、理解等离子体磁流体不稳定性和提升等离子体约束水平都至关重要。电子密度是等离子体基本参数之一,电子密度的准确测量对于等离子体电子密度行为和相关物理问题研究至关重要,尤其是密度极限引起的破裂,将会威胁装置安全,因此通过等离子体控制系统(plasma control system,PCS)进行实时电子密度反馈控制,可以保障装置安全运行。偏振干涉仪通过干涉和偏振技术实现电子密度和电流密度分布的同时测量,经过多年的技术发展,系统的测量精度和工作稳定性都有了显著提高。为了在EAST全超导托卡马克上探索等离子体先进运行模式,研究不同加热条件、不同壁条件下的电流输运规律及电流分布的优化对等离子体约束的影响,于2014年搭建了 POINT(POlarimeter-INTerferometer)偏振干涉仪诊断系统。2015年,将原来的5道成功升级为11道水平测量。自系统建成至今,一直对其进行优化升级以提高系统测量精度和工作稳定性,使其成为EAST运行中的关键诊断并可用于实时电子密度反馈控制,电流密度分布控制和优化。本文工作是对POINT系统的优化升级,并利用POINT测量数据进行电流密度分布相关物理问题的研究。首先介绍了偏振干涉仪的测量原理和POINT系统的组成部分。其次,基于杂散光物理模型,对系统光路中由杂散光引入的法拉第旋转角测量误差进行分析,简述已有两种减小杂散光误差的方法及其不足之处。通过对系统偏振态、共线、杂散光、驻波等问题的全面优化,尤其是对驻波误差的优化,将驻波误差从3°-5°降低到0.5°-1°,极大提高了法拉第旋转角的测量精度。数字相位解调器(digital phase demodulator,DPD)可以实现POINT系统弦积分电子密度和法拉第旋转角的实时计算和输出,在高电子密度等放电条件下等离子体折射率易发生剧烈变化,使DPD产生计算错误,从而导致弦积分电子密度信号产生跳变,影响实时输出电子密度准确性和可靠性。基于对电子密度跳变信号的深入分析,开发了电子密度跳变修正程序,为实现更加精确的实时电子密度反馈控制、电流密度分布的反演计算奠定基础。基于对偏振干涉仪系统的优化、电子密度数据的准确计算,利用POINT测量数据结合EFIT平衡,可以反演得到准确、可靠的等离子体电流密度分布。电子回旋波(electron cyclotron wave,ECW)可以有效地加热电子和驱动等离子体非感应电流,是优化和控制等离子体电流分布的有效有段。最后,本论文初步研究分析了电子回旋波不同沉积位置对等离子体电流剖面的影响,为将来利用ECRH进行电流分布的优化和控制提供了初步的参考。
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