ht-7低杂波电流驱动实验的电子加热实验分析

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1、华中科技大学硕士学位论文[6]粒子注入加热也是一个重要的课题。1.3电子温度的测量的常规手段和PHA的发展对于等离子体，尤其是高温等离子体，由于无法直接测量，因而必须通过各种间接手段获得一些实验参数，再经过分析研究才能推断出等离子体内部比较真实地[7]情况。经过多年的发展，HT-7装置上的诊断系统日益丰富和完善。到目前为止，已经布置了下列诊断：电磁测量、远红外干涉仪、电子回旋辐射、软x射线能谱、硬x射线能谱、中子测量、中性粒子分析、多道可见光谱、多道韧致辐射、近紫外光谱、可见OSMA、真空紫外OSMA、Hα阵列、脉冲充气测量、低杂波

2、电流驱动信号、离子回旋加热信号、静电探针、光电二极管阵列和汤姆逊散射测量。托卡马克等离子体电子温度的测量有多种方法可选择，如汤姆逊散射测量和电[8][7]子回旋辐射测量，软X射线吸收膜方法等。但是由于电子回旋辐射受低杂波和超热电子辐射影响使其频谱下移不能给出低杂波电流驱动下的电子温度，同时也受密[9,10]度极限的限制，在密度较高时也很难给出等离子体电子温度。虽然汤姆逊散射测量是世界上公认的最准确的测量温度的手段，但是HT-7上的汤姆逊散射诊断空间分[11]辨率不高，时间采样点也较少。同时在密度较低时，散射信号较弱汤姆逊散射测量也很

3、难给出电子温度。去年在HT-7上又发展了软X射线吸收膜测量电子温度的方法，尽管其时间分辨率很高，但是测量的相对误差较大。而现在硅漂移探测器SDD探头的使用使软X射线PHA测量的电子温度具有较高空间分辨率，为等离子体放电，尤其是LHCD实验提供比较精细可靠的电子温度的剖面分布的数据。同时软X射线PHA诊断也是测量有效Z和重金属杂质的有效工具，因此在托卡马克装置上广泛应用，而参数较高的大型仿星器LHD上也安装了一套PHA系统。软X射线PHA从早期的ST和JET等装置上的单道测量，发展到后来PDX，TFTR和LHD等装置上的空间多道测量，

4、目前国内两个主要的装置HT-7和HL-1M上也都安装PHA诊断。在HT-7上，软X射线PHA诊断自投入使用起一直为放电实验提供了稳定可靠的电子温度数据，是HT-7的重要常规诊断。最初HT-7的软X射线PHA只能3华中科技大学硕士学位论文提供空间一道的电子温度，然后过渡到能提供三道电子温度，到现在能提供垂直方向全空间15道和水平上空间6道的温度。早期实验中HT-7上为软X射线PHA诊断提供的探头Si(Li)探测器。70年代Bell实验室首先用漂移补偿的方法制造了Si(Li)探测器，三十年来被广泛使用。Si（Li）具有能量分辨率高，对5

5、0keV以下的X射线探测效率高，工作性能稳定等优点。但是Si（Li）探测器的缺点是工作需要液氮制冷，这使其体积庞大，对高空间分辨率的诊断布局极为不利。象PDX和LHD的多道PHA诊断不仅机械结构复杂无比，而且都占用了装置附近极大的空间，其造价也以数十万美元计。到2000年的HT-7上为软X射线PHA诊断提供的探头X射线雪崩二极管（APD），APD是在常温下工作的，在核测量里最早是被用作光电倍增管的替代物，作为闪烁体[12，13]探测器的光输出级探测γ射线和硬X射线，后来发现它也能直接探测能量较低的[14，15]软X射线。APD附件最

6、少，体积最小，但能量分辨率只有15%到20%（在5.9keV）左右，且探测效率较低（见图1.1）。图1.1APD的能量分辨率和探测效率（带75μm厚地铍膜）在2001年实验中HT-7上为软X射线PHA诊断提供的探头是Si-PIN探测器。[16,17]Si-PIN探测器利用Pelter效应制冷，体积也比较小巧，能量分辨率比Si（Li）探测器略低，性能相近。图1.2给出我们在6μs成形时间条件下全能量区间测量的55能谱和不同成形时间下Fe的5.9keV峰的能谱。4华中科技大学硕士学位论文图1.2Si-PIN探测器的台面测试结果Si-PI

7、N探测器的测试结果是非常成功，它获得的能谱质量优于Si（Li）探测器，而且不使用液氮，维护使用方便，可靠性大大提高。由于Si-PIN探测器突出的优越性，它在2001年冬季实验一经投入使用，便取代了Si（Li）探测器，为整轮实验提供了重要的电子温度数据。Si-PIN探测器通过逐炮扫描测量获得HT-7高参数低杂波电流驱动实验的温度剖面分布，这是HT-7首次获得的LHCD实验的电子温度剖面分布。目前在HT-7上，汤姆逊散射还没有成为常规诊断，只有软X射线PHA能给出LHCD实验的电子温度，但是每次放电的参数肯定有所不同，逐炮扫描获得温度剖

8、面数据的可靠性会打折扣，因此发展高空间分辨率的多道阵诊断势在必行。图1.3SDD探测器能量分辨率和计数率响应5华中科技大学硕士学位论文在Si（Li），APD和Si-PIN几种探测器在HT-7上的使用经验和工作基础，现在HT-7安装更先