j-text托卡马克锯齿行为中扰动量的探测与研究

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1、分类号学校代码密级博士学位论文托卡马克锯齿行为中扰动量的探测与研究学位申请人：李强学科专业：电气工程指导教师：庄革教授答辩日期：年月日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringMeasurementandInvestigationoftheSawtoothPerturbationBehaviorsonJ-TEXTTokamakCandidate:LiQiangMajor.-Electr

2、icalEngineeringSupervisor:Prof.ZhuangGeHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中己经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研宄做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期年月日学位论文版权使用授权书本学位

3、论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，年解密后适用本授权书。本论文属于不保密‘请在以上方框内打学位论文作者签名：指导教师签名：日期：“年月》日日期年月日华中科技大学博士学位论文摘要锯齿是一种发生在等离子体芯部的宏观磁流体不稳定性，与面以内的磁扰动电流扰动相关。它会造成等离子体芯部参数的降低，破坏等离子体的约束性能，但

4、同时又具备排除芯部杂质的功能。为了将来能顺利实现对锯齿的精确控制以改善芯部等离子体约束，同时排除聚变反应中生成的《粒子，需要对锯齿行为过程中的粒子输运和磁扰动都展开进一步的探测和研宂。三波偏振干涉仪能够同时测量电子密度和芯部磁场，而且具有很高的时间分辨率，如果能实现对锯齿的观测，无疑是用来开展这些研宄的最佳探测手段。本人参与了偏振干涉仪的全部搭建工作，并通过对它测量精度的优化成功实现了对锯齿行为的测量。本文主要工作内容有以下几个方面：消除振动影响是实现偏振干涉仪高精度测量的关键。根据在干涉仪上进行振动消除预实验得到的经验，在偏振干涉仪设计和搭建时基

5、于惯性抗振和介质减振原理，合理配置大质量基座以及橡胶隔振垫，并结合机械支撑结构的优化，实现了对振动的有效衰减。之后又从诊断原理出发，对参考道进行了与探测道相同的布局，使残余振动的影响在对它们求相位差时得到抵消。最终，振动的影响被减至噪声水平，在电子线密度信号上为°，在法拉第旋转角信号上为°。共线是测量到准确法拉第旋转角的基本条件，也是实现三波偏振干涉仪的最大难点之一。由于等离子体密度的附加相位比法拉第旋转角大约个数量级，当两束测量光不共线时，会因为密度梯度的存在而给法拉第旋转角带来测量误差。偏振干涉仪的共线调节通过使用激光光束分析仪完成，并在调节完

6、成之后通过在光路中添加一个偏振片，将合束后的两束圆偏振光调制成相同的线偏振光穿过等离子体，首次实现了对共线误差的直接测量和优化。通过以上优化，偏振干涉仪成功在电子线密度和法拉第旋转角信号上都准确地测量到了锯齿扰动。由于偏振干涉仪测量到的是弦积分量，为得到电子密度、电流密度和安全因子的分布还需要对测量数据进行反演。偏振干涉仪上发展了一套平衡反演程序，华中科技大学博士学位论文并在反演程序中对测量受折射效应的影响做了修正，使得偏振干涉仪对电流密度的测量误差在以内都小于。这个结果同国际热核聚变实验堆对它计划发展的偏振干涉仪测量电流密度的精度要求是一致的。利

7、用偏振干涉仪测量的密度锯齿和反演程序给出密度分布对锯齿过程中的粒子输运进行了分析。研宂结果表明，锯齿崩塌时等离子体芯部的粒子输运系数会爆发性地增加，靠近外侧的粒子输运系数也会有相应的增强，由此才导致了芯部粒子密度分布变得平坦而靠近边缘的密度变化不明显；此外，锯齿崩塌时将芯部粒子的向外输运只能到达面，这也为将来通过锯齿排除芯部粒子提出了挑战。最后，对法拉第旋转角锯齿信号进行了初步分析。对低场侧相邻两道法拉第旋转角信号上的反向突起的研宄表明，这两道之间存在的的局部扰动电流，方向与等离子体电流相同，扰动模数为。此外偏振干涉仪法拉第旋转角信号上展示出的锯齿

8、多样性也表明，锯齿过程中的磁扰动远比现有理论和想象中的复杂，对它的研宂还需要在测量技术和理论模型上都进行更加深入的开展。关