基于静电探针诊断下离子源调制放电

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第26卷第4期核电子学与探测技术VoL26No．42006年7月NuclearElectronics8LDetectionTechnologyJuly2006基于静电探针诊断下离子源调制放电刘胜，胡纯栋，陈开云，盛鹏，李军，刘智民(中国科学院等离子体物理研究所，安徽合肥230031)摘要：介绍了在静电探针测量下，离子源调制放电闭环控制系统设计要求，讨论了该系统的硬件设计、软件设计及其工作原理，给出了部分实验结果。系统成功地应用于实验并获得初步实验结果，为以后中性柬注入开展相关物理实验提供可靠保障

2、。关键词：离子源；静电探针；闭环控制；中性束注入中图分类号：TP273．5，0453文献标识码：A文章编号：0258-0934(2006)04-0478-03中性粒子束注人器(NBI)是涉及超高真优点。HT．7托卡马克的中性束注人是在原美空、低温、精密机械制造、高功率电源工程、高功国PLT托卡马克中性束系统的基础上修复改率诊断、测量和控制等领域的一项综合复杂的进而成，加热性能参数约700kW／5OkeV。前沿技术，它是磁约束受控热核聚变等离子体该系统的离子源为22cm的双潘宁离子源，该芯部加热和非感应电流驱动基本而有效的手离子源的基本结构如图

3、1所示．这种离子源工段[¨。中性粒子束注人器工作时，离子源产生作原理为：灯丝发射的热电子在阴极与中间电的大量粒子经过加速栅加速后在主真空室得到极之间的腔体内震荡，使工作气体(实验中用的中性化。当漂移管道内达到1OPa以上的高是氢气)电离，建立起阴极区等离子体；再利用真空时才能把真空室内中性粒子束流顺利引阳极电场将阴极区等离子体中的电子引出至二出，并将束流注入到Tokamak内部加热等离子号阳极所围真空室内；这些电子在一号阳极、二体以达到满足聚变的温度。利用静电探针测量号阳极和靶阴极之间的电场作用下，电离该区等离子体源特征参数，建立一套闭环控制

4、系统，域的工作气体，建立阳极区等离子体．这一放根据对离子密度的测量，可以不断调整放电控电过程称为起弧，如图2所示．在中间电极外制条件，以获得满足要求的分布相对均匀的离侧包有约束磁场线圈；二号阳极外侧包有会切子，用以调制离子源等离子体放电和束流引出。磁场永磁体．灯丝柱头1实验系统简介中问l极中性束注人加热是受控核聚变实验装置中I阳极对等离子体进行辅助加热的主要手段之一，具有加热原理简单、技术较为成熟、加热功率大等2阳极负fn位极收稿日期：2006-01—25基金项目：国家自然科学基金(1O5751O5)资助图1双潘宁离子源结构示意图作者简介：刘

5、胜(1972一)，男，安徽桐城人，工程师，从事核聚变装置控制系统的设计和实验研究478维普资讯http://www.cqvip.comI1问l扳JeXp(一1／2)enp(／)而J决定了收集到的弧流。因此可以通阴极灯丝过控制J，即控制回路取样电压Upbe来控制弧流。阴极区等离3闭环控制建立图2双潘宁离子源放电原理示意图该控制部分作为中性注入分布式计算机控2静电探针诊断制[4]下位子系统，其流程如图4所示，本系统为{晕，极眦I了简化控制过程，采用自整定和自组织模糊控静电探针的基本结构是一根除端点的工作制器方法，运用分级自适应控制。闭环主要选部分

6、外其余部分都复套着陶瓷或玻璃绝缘套的取图3中静电探针测量的离子饱和流信号作为细的金属丝，实验电路如图3所示。如果探针控制变量，反馈控制调节离子源放电时PV．1O是孤立绝缘的，由于电子平均热运动的速度远压电陶瓷阀门进气电压，进而起到对等离子体大于离子的速度，因而开始时，单位时间内打在负载可控调节放电。同时引入弧电源等设置参探针表面上的电子数远大于离子数，使探针表数，综合考虑后作为闭环调节阈值。面逐渐积累负电荷，从而使探针相对于其附近未被扰动的等离子体(其空间电位为Vp)的电位差为负值。这个负电位差排斥电子，吸引离子，从而在探针表面附近形成一正的

7、空间电荷层(离子鞘)。这个空间电荷层逐渐增厚，直到单位时间内进入探针表面的电子数与离子数相等为止。这时探针电流为零，且其表面的负电位将不再改变，此时的负电位称为悬浮电位图4闭环控制系统流程3．1压电阀门与电源。当外加电源使探针电位不等于时探针上就会有电流。用静电探针测量等离子体参压电阀门原理是把两块压电材料整合在一数是由测量静电探针的伏安特性曲线来完成起，当给压电材料通以电压的时候，压电材料就的，典型的静电探针伏安特性曲线见文献[2]。会产生变形，变形的幅度和所通电压大小有关。一旦压电材料出现变形，两块材料之间就会出现缝隙，气体可以从压力高的

8、一侧通过缝隙流人压力低的一侧，起到给真空系统充气的作用。本实验使用的PV-10型压电阀门基本参数是：阀门全开时间小于2ms，阀门阈值电压为40V，正常直流工作电压一