【摘要】：EAST全超導托卡馬克裝置在國際上首次成功安裝了ITER-like全鎢上偏濾器,并且準備將下偏濾器也升級為全鎢偏濾器結構,為EAST高參數長脈沖放電實驗研究提供了重要的支持。本論文工作主要基于EAST鎢偏濾器,對鎢偏濾器探針診斷系統進行了研制,并開展了鎢偏濾器H-mode高密度脫靶及靶板粒子流控制實驗研究。首先,對EAST鎢偏濾器結構進行了分析,結合偏濾器探針測量理論,設計出適用于EAST鎢偏濾器結構的探針診斷系統,并對信號傳輸系統中的陶瓷接線端子和信號線轉接柜進行了設計;而作為最關鍵部件的偏濾器探針系統,本文針對鎢銅串管(W/Cu Monoblock)和鎢貼片(W flat-tile)兩種偏濾器靶板結構,分別設計了兩類偏濾器探針結構,以及其在EAST鎢偏濾器上安裝的極向和環(huán)向分布;對這兩類探針分別設置三種不同形狀探針頭,即球面探針、屋頂形探針和齊平探針,利用ANSYS有限元軟件進行了熱力學分析和對比,結果表明,只有齊平探針能夠應用于未來超過10 MW/m2的偏濾器靶板穩(wěn)態(tài)熱流,且W flat-tile結構靶板具有更好的散熱性能。以matlab軟件為平臺,設計并開發(fā)出一套擁有可視化交互界面的EAST偏濾器探針診斷系統數據處理軟件,大大提高了EAST偏濾器探針診斷數據分析和數據信息挖掘的效率。利用EAST偏濾器探針開展相關測量實驗研究,分析并對比了不同探針測量方式在EAST上的測量結果,確定了單探針、雙探針、三探針以及齊平探針在EAST上測量偏濾器靶板等離子體參數的方法及條件。然后,對EAST鎢偏濾器H-mode高密度脫靶特性進行了研究,在上單零(USN)反場(B ×Δ7B↑)、純中性束注入(NBI)加熱放電條件下,首次實現了鎢偏濾器H-mode高密度脫靶,通過分析發(fā)現,隨著等離子體密度的升高,靶板電子溫度逐漸降低,偏濾器等離子體進入脫靶狀態(tài),同時靶板粒子流出現翻轉;而且隨著密度的進一步升高脫靶現象會從打擊點附近位置沿著靶板向遠刮削層區(qū)擴展。研究了不同輔助加熱功率大小和類型對USN反場(B ×ΔB↑)H-mode高密度脫靶密度閾值的影響規(guī)律,發(fā)現隨著總加熱功率的升高,脫靶密度閾值也升高,特別在電子回旋(ECRH)和低雜波(LHW)加熱條件下。研究了不同縱場方向對H-mode高密度脫靶的影響規(guī)律,發(fā)現在EAST裝置上USN反場(B× ΔB↑)放電條件下,內靶板等離子體更加容易進入脫靶狀態(tài),而外靶板卻需要較高的密度才能進入脫靶狀態(tài),但是在USN順場(B ×Δ7 ↓)條件下,內外靶板的脫靶密度閾值不對稱性降低;而且在USN順場(B× ΔB↓)條件下,外靶板等離子體進入脫靶狀態(tài)后,其粒子通量升至最大值后趨于穩(wěn)定,并未隨等離子體密度的升高而發(fā)生翻轉;利用偏濾器區(qū)的電場漂移理論模型對縱場方向影響內外偏濾器等離子體脫靶閾值的實驗現象進行了解釋,為進一步開展控制靶板熱流粒子流方法研究提供了數據支持和理論基礎。最后,探討了偏濾器靶板粒子流控制機制,依托EAST裝置鎢偏濾器H-mode放電,在USN反場(B × ΔB↑)等離子體放電條件下,以增加工作氣體和雜質充氣兩種方式,初步開展了偏濾器靶板穩(wěn)態(tài)粒子流控制實驗;首次成功實現了對等離子體密度的控制進而降低并維持偏濾器靶板粒子流的物理實驗;同時,通過分析EAST裝置上雜質充氣的控制參數,確定以Ne雜質氣體為輻射源,以靶板離子飽和流密度作為控制參考信號開展了偏濾器靶板粒子流控制實驗研究,并研究了總輻射功率對靶板粒子流控制的影響規(guī)律,認為總輻射功率水平和脫靶狀態(tài)的穩(wěn)定控制對實現高性能長時間尺度放電條件下靶板熱流粒子流的降低和維持都是至關重要的,為未來高參數長脈沖放電條件下穩(wěn)態(tài)熱流粒子流控制提供了重要參考。
【圖文】：

線圈（ｋａｔｕｓｈｋａ）幾個詞的首字母組合而成，通常也可以稱之為環(huán)流器，從Ｔｏｋａｍａｋ逡逑這一單詞的構詞中就可以看出其主要的結構組成。經過將近７０年的發(fā)展，托卡逡逑馬克裝置結構進行了不斷地發(fā)展和優(yōu)化，如圖１．２所示，現在主流的托卡馬克裝逡逑２逡逑

巴邋ｉｏｉｏ１邐ｉｏ５邐ｉｏ１逡逑ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋［ｂｉｌｌｉｏｎ邋Ｋｅｌｖｉｎ］逡逑圖１．１三種輕核聚變的反應截面丨１，２丨逡逑１．２托卡馬克裝置與偏濾器逡逑托卡馬克的基本原理是１９５１年由原蘇聯科學家Ｉ．邋Ｅ．邋Ｔａｍｍ和Ａ．邋Ｄ．邋Ｓａｋｈａｒｏｖ逡逑提出的，Ｔｏｋａｍａｋ這一單詞是由俄語中環(huán)形（ｔｏｒｏｉｄ）、腔體（ｋａｍｅｒａ）、磁場（ｍａｇｎｉｔ）、逡逑線圈（ｋａｔｕｓｈｋａ）幾個詞的首字母組合而成，通常也可以稱之為環(huán)流器，從Ｔｏｋａｍａｋ逡逑這一單詞的構詞中就可以看出其主要的結構組成。經過將近７０年的發(fā)展，托卡逡逑馬克裝置結構進行了不斷地發(fā)展和優(yōu)化，如圖１．２所示，，現在主流的托卡馬克裝逡逑２逡逑
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TL631.24

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