EAST等離子體平衡與電磁測量課件

EAST等離子體平衡與電磁測量電磁測量組沈飆錢金平孫有文范恒玉2007年1月5日EAST等離子體平衡與電磁測量電磁測量組1EAST運行的目標EAST電磁測量系統(tǒng)及其測量準確度EAST擊穿研究電流爬升階段的控制利用測量信號進行位型反演電流和位移的反饋控制等離子體內(nèi)能測量EAST運行的目標2◆EAST運行的目標:優(yōu)化擊穿電流爬升電流和位型的控制◆我們需要進行的分析研究:擊穿條件（零場區(qū)，環(huán)電壓等）電流爬升（模擬計算算法？）等離子體最外層磁面的反演。（絲電流，EFIT）◆EAST運行的目標:◆我們需要進行的分析研究:3EAST運行的目標EAST電磁測量系統(tǒng)及其測量準確度EAST擊穿研究電流爬升階段的控制利用測量信號進行位型反演電流和位移的反饋控制等離子體內(nèi)能測量EAST運行的目標4

測量參數(shù)：小探針和單匝環(huán)：測量位形，環(huán)電壓，X點。羅柯線圈：測量等離子體電流以及極向場線圈電流逆磁線圈：測量內(nèi)能，BETAP等。局部羅柯：測量HALO電流。

制作安裝工藝：

所有探針繞制完成后進行嚴格標定。（小探針，羅柯等）依托真空室內(nèi)部結(jié)構(gòu)的經(jīng)緯環(huán)，直接安裝在真空室內(nèi)部。所有定位根據(jù)真空室內(nèi)的基準點經(jīng)緯環(huán)來相對定位。測量參數(shù)：制作安裝工藝：5小探針和單匝環(huán)線圈在真空室內(nèi)位置示意圖小探針和單匝環(huán)線圈在真空室內(nèi)位置示意圖6信號示意圖：

磁通（shot930,零場測試)小探針(shot736,1KAPF）

信號示意圖：磁通（shot930,零場測試)7極向場電流羅柯（shot930,零場測試）環(huán)電壓(shot930,零場測試）極向場電流羅柯（shot930,零場測試）環(huán)電壓(shot8信號測量精確度比較：（測量與理論計算值）小探針

單匝環(huán)

信號測量精確度比較：（測量與理論計算值）小探針單匝環(huán)9EAST本輪控制運行的目標EAST電磁測量系統(tǒng)及其測量準確度EAST擊穿研究電流爬升階段的控制利用測量信號進行位型反演電流和位移的反饋控制等離子體內(nèi)能測量EAST本輪控制運行的目標10◆EAST擊穿條件:本底真空，10-5Pa以上具有一定強度的縱場，中心磁場達到2T。零磁場區(qū)足夠高的環(huán)電壓一定氣壓的工作氣體◆EAST擊穿條件:11EAST等離子體平衡與電磁測量課件12采用了瞬間投入泄放電阻的方法產(chǎn)生的高環(huán)電壓產(chǎn)生等離子體。

采用了瞬間投入泄放電阻的方法產(chǎn)生的高環(huán)電壓產(chǎn)生等離子體。13劃分多段真空室設(shè)定真空室電流分布模型利用格林函數(shù)方法列出計算磁場矩陣擬合真空室電流分布模型參數(shù)根據(jù)極向場線圈電流和擬合出的渦流得到零場區(qū)。零場區(qū)計算

劃分多段真空室零場區(qū)計算14EAST等離子體平衡與電磁測量課件15

擊穿波形分析

擊穿波形分析16EAST等離子體平衡與電磁測量課件17EAST本輪控制運行的目標EAST電磁測量系統(tǒng)及其測量準確度EAST擊穿研究電流爬升階段的控制利用測量信號進行位型反演電流和位移的反饋控制等離子體內(nèi)能測量EAST本輪控制運行的目標18

電流爬升階段目前采取的方法是通過調(diào)節(jié)12個極向場電流的辦法程序控制電流的爬升。調(diào)節(jié)原則：6個中心螺管主要用于電流的上升，中心螺管電流下降快，等離子體電流上升快，反之電流上升緩慢；外邊的4個大線圈主要用于控制水平和垂直位移。由于極向場電源輸出電壓的限制，在爬升階段要在保持等離子體電流穩(wěn)定的前提下，盡量緩慢爬升，使得極向場具有足夠的調(diào)節(jié)能力。電流爬升階段19EAST等離子體平衡與電磁測量課件20EAST本輪控制運行的目標EAST電磁測量系統(tǒng)及其測量準確度EAST擊穿研究電流爬升階段的控制利用測量信號進行位型反演電流和位移的反饋控制等離子體內(nèi)能測量EAST本輪控制運行的目標21◆等離子體平衡方程:Grad-Shafranov平衡方程

◆利用診斷信號求解平衡方程就可以獲得包括最外層磁面、電流的分布等大量的等離子體參數(shù)，目前廣泛采用格林函數(shù)的方法，用于平衡反演的電磁測量測量信號包括:等離子體電流,極向場電流,極向磁場,磁通等。◆位型反演的電流模型：1、絲電流模型（簡單）2、多項式電流分布模型（EFIT，多次迭代）◆等離子體平衡方程:Grad-Shafranov平衡方程22利用絲電流模型反演獲得的等離子體半徑，水平和垂直位移，拉長比，三角形變等參數(shù)。

利用絲電流模型反演獲得的等離子體半徑，水平和垂直位移，拉長比23最外層磁面的變化過程

由于上一輪實驗是限制器位型等離子體，最外層磁面總是跟限制器接觸，所以真空室內(nèi)部內(nèi)外限制器的精確位置對于位型反演來說相當關(guān)鍵；在偏濾器位型下，由X點決定最外層磁面。最外層磁面的變化過程由于上一輪實驗是限制器位型等離子體，最24EAST本輪控制運行的目標EAST電磁測量系統(tǒng)及其測量準確度EAST擊穿研究電流爬升階段的控制利用測量信號進行位型反演電流和位移的反饋控制等離子體內(nèi)能測量EAST本輪控制運行的目標25電流爬升過快，達到輸出電壓極限爬升過程中位移偏離較大，使得反饋投入時調(diào)節(jié)震蕩反饋過程中輸出電壓極限問題（僅僅200KA電流）

電流爬升過快，達到輸出電壓極限26EAST本輪控制運行的目標EAST電磁測量系統(tǒng)及其測量準確度EAST擊穿研究電流爬升階段的控制利用測量信號進行位型反演電流和位移的反饋控制EAST逆磁測量EAST本輪控制運行的目標27逆磁通只占總縱場磁通的10-3~10-4量級，信號很小，容易被誤差場的信號淹沒，對測量的精確度要求非常高。采用逆磁和補償線圈

逆磁通只占總縱場磁通的10-3~10-4量級，信號很小，容易28EAST等離子體平衡與電磁測量課件29EAST等離子體平衡與電磁測量電磁測量組沈飆錢金平孫有文范恒玉2007年1月5日EAST等離子體平衡與電磁測量電磁測量組30EAST運行的目標EAST電磁測量系統(tǒng)及其測量準確度EAST擊穿研究電流爬升階段的控制利用測量信號進行位型反演電流和位移的反饋控制等離子體內(nèi)能測量EAST運行的目標31◆EAST運行的目標:優(yōu)化擊穿電流爬升電流和位型的控制◆我們需要進行的分析研究:擊穿條件（零場區(qū)，環(huán)電壓等）電流爬升（模擬計算算法？）等離子體最外層磁面的反演。（絲電流，EFIT）◆EAST運行的目標:◆我們需要進行的分析研究:32EAST運行的目標EAST電磁測量系統(tǒng)及其測量準確度EAST擊穿研究電流爬升階段的控制利用測量信號進行位型反演電流和位移的反饋控制等離子體內(nèi)能測量EAST運行的目標33

測量參數(shù)：小探針和單匝環(huán)：測量位形，環(huán)電壓，X點。羅柯線圈：測量等離子體電流以及極向場線圈電流逆磁線圈：測量內(nèi)能，BETAP等。局部羅柯：測量HALO電流。

制作安裝工藝：

所有探針繞制完成后進行嚴格標定。（小探針，羅柯等）依托真空室內(nèi)部結(jié)構(gòu)的經(jīng)緯環(huán)，直接安裝在真空室內(nèi)部。所有定位根據(jù)真空室內(nèi)的基準點經(jīng)緯環(huán)來相對定位。測量參數(shù)：制作安裝工藝：34小探針和單匝環(huán)線圈在真空室內(nèi)位置示意圖小探針和單匝環(huán)線圈在真空室內(nèi)位置示意圖35信號示意圖：

磁通（shot930,零場測試)小探針(shot736,1KAPF）

信號示意圖：磁通（shot930,零場測試)36極向場電流羅柯（shot930,零場測試）環(huán)電壓(shot930,零場測試）極向場電流羅柯（shot930,零場測試）環(huán)電壓(shot37信號測量精確度比較：（測量與理論計算值）小探針

單匝環(huán)

信號測量精確度比較：（測量與理論計算值）小探針單匝環(huán)38EAST本輪控制運行的目標EAST電磁測量系統(tǒng)及其測量準確度EAST擊穿研究電流爬升階段的控制利用測量信號進行位型反演電流和位移的反饋控制等離子體內(nèi)能測量EAST本輪控制運行的目標39◆EAST擊穿條件:本底真空，10-5Pa以上具有一定強度的縱場，中心磁場達到2T。零磁場區(qū)足夠高的環(huán)電壓一定氣壓的工作氣體◆EAST擊穿條件:40EAST等離子體平衡與電磁測量課件41采用了瞬間投入泄放電阻的方法產(chǎn)生的高環(huán)電壓產(chǎn)生等離子體。

采用了瞬間投入泄放電阻的方法產(chǎn)生的高環(huán)電壓產(chǎn)生等離子體。42劃分多段真空室設(shè)定真空室電流分布模型利用格林函數(shù)方法列出計算磁場矩陣擬合真空室電流分布模型參數(shù)根據(jù)極向場線圈電流和擬合出的渦流得到零場區(qū)。零場區(qū)計算

劃分多段真空室零場區(qū)計算43EAST等離子體平衡與電磁測量課件44

擊穿波形分析

擊穿波形分析45EAST等離子體平衡與電磁測量課件46EAST本輪控制運行的目標EAST電磁測量系統(tǒng)及其測量準確度EAST擊穿研究電流爬升階段的控制利用測量信號進行位型反演電流和位移的反饋控制等離子體內(nèi)能測量EAST本輪控制運行的目標47

電流爬升階段目前采取的方法是通過調(diào)節(jié)12個極向場電流的辦法程序控制電流的爬升。調(diào)節(jié)原則：6個中心螺管主要用于電流的上升，中心螺管電流下降快，等離子體電流上升快，反之電流上升緩慢；外邊的4個大線圈主要用于控制水平和垂直位移。由于極向場電源輸出電壓的限制，在爬升階段要在保持等離子體電流穩(wěn)定的前提下，盡量緩慢爬升，使得極向場具有足夠的調(diào)節(jié)能力。電流爬升階段48EAST等離子體平衡與電磁測量課件49EAST本輪控制運行的目標EAST電磁測量系統(tǒng)及其測量準確度EAST擊穿研究電流爬升階段的控制利用測量信號進行位型反演電流和位移的反饋控制等離子體內(nèi)能測量EAST本輪控制運行的目標50◆等離子體平衡方程:Grad-Shafranov平衡方程

◆利用診斷信號求解平衡方程就可以獲得包括最外層磁面、電流的分布等大量的等離子體參數(shù)，目前廣泛采用格林函數(shù)的方法，用于平衡反演的電磁測量測量信號包括:等離子體電流,極向場電流,極向磁場,磁通等?！粑恍头囱莸碾娏髂Ｐ停?、絲電流模型（簡單）2、多項式電流分布模型（EFIT，多次迭代）◆等離子體平衡方程:Grad-Shafranov平衡方程51利用絲電流模型反演獲得的等離子體半徑，水平和垂直位移，拉長比，三角形變等參數(shù)。

利用絲電流模型反演獲得的等離子體半徑，水平和垂直位移，拉長比52最外層磁面的變化過程

由于上一輪實驗是限制器位型等離子體，最外層磁面總是跟限制器接觸，所以真空室內(nèi)部內(nèi)外限制器的精確位置對于位型反演來說相當關(guān)鍵；在偏濾器位型下，由X點決定最外層磁面。最外層磁面的變化過程由于上一輪實驗是限制器位型等離子體，最53EAST本輪控制運行的目標EAST電磁測量系統(tǒng)及其測量準確度EAST擊穿研究電流爬升階段的控制利用測量信號進行位型反演電流和位移的反饋控制等離子體內(nèi)能測量EAST本輪控制運行的目標54電流爬升過快，達到輸出電壓極限爬升過程中位移偏離較大，使得反饋投入時調(diào)節(jié)震蕩反饋過程中輸出電壓