J-TEXT托卡马克装置磁扰动行为的实验研究

论文摘要

MHD不稳定性会严重地影响托卡马克中等离子体的约束性能，甚至会导致等离子体破裂。磁扰动是MHD不稳定性的重要表征，磁扰动的探测与不稳定性模式的分析对于研究和控制托卡马克等离子体的MHD行为是极其重要的。J-TEXT装置建立了用于探测MHD不稳定性磁扰动的极向Mirnov探针阵列和环向阵列，自2007年放电实验以来，已经观测到了大量的MHD不稳定性Mirnov振荡。然而对磁扰动的基本特征，如扰动的模数、频率、扰动的传播方向等尚未有系统的分析。本文建立和完善了J-TEXT装置的Mirnov探针系统，并对放电过程中等离子体的Mirnov扰动进行了测量与分析，初步给出了Mirnov扰动的基本统计特点；针对不同的放电情况，利用奇异值分解法（SVD）对扰动的极向和环向模数进行了分析，并给出模数随放电时间的演化；通过时频分析，给出了放电过程中扰动频率随时间的演化过程；分析了磁扰动的传播方向。J-TEXT装置上MHD不稳定性磁扰动的基本特点可总结为：扰动频率和幅值的大致范围分别为f=1～10kHz和Bθ<30Gs；平顶阶段的主要扰动模数为m/n=2/1；扰动的环向传播方向与等离子体电流方向相反；破裂前，Mirnov探针的输出信号一般都大于2.0V（相当于极向磁场的变化率dBθ/dt>40Gs/s），导致破裂的主要模数为2/1模。理论和实验表明，外加扰动场与等离子体的相互作用会影响磁扰动，如磁扰动的抑制、模式的穿透与锁模。本文给出了J-TEXT装置外加扰动场实验中外加扰动磁场对MHD磁扰动的抑制与锁模的初步实验现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 核聚变与托卡马克
• 1.2 托卡马克中的磁扰动研究
• 1.3 J-TEXT 托卡马克及其外加扰动场系统
• 1.4 本文主要内容与结构
• 2 MHD 不稳定性磁扰动的探测与分析
• 2.1 托卡马克装置中磁扰动的探测方法
• 2.2 国内外托卡马克装置的磁探针系统
• 2.3 磁扰动信号的分析方法
• 2.4 本章小结
• 3 J-TEXT 托卡马克装置磁探针系统
• 3.1 J-TEXT 装置 Mirnov 探针的参数设计
• 3.2 J-TEXT 装置 Mirnov 探针的标定
• 3.3 J-TEXT 装置 Mirnov 探针的安装
• 3.4 J-TEXT 装置 Mirnov 探针信号的采集与分析方法
• 3.5 本章小结
• 4 J-TEXT 装置上磁扰动行为的实验研究
• 4.1 J-TEXT 正常稳定放电条件下的磁扰动分析
• 4.2 J-TEXT 破裂放电条件下的磁扰动分析
• 4.3 外加扰动场对 MHD 不稳定性磁扰动影响的初步现象
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 本文局限与工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 附表