旋转磁岛对捕获快离子输运影响的研究

采用漂移动理学理论,研究了旋转磁岛与捕获快离子的反弹运动和进动频率(包括极向进动和螺旋进动)之间共振引起的快离子输运。求解捕获离子香蕉轨道回旋心动理学方程,获得了共振和非共振情况下的快离子分布函数。计算了磁漂移、电漂移和磁岛旋转产生的快离子输运通量。与极向角周期性相关的磁漂移和电漂移产生的输运在磁岛分界线附近存在强烈的流剪切,在磁岛靠近等离子体边界一侧输运向内;磁岛旋转诱发的输运则与磁漂移和电漂移产生的输运相反,在磁岛靠近等离子体边界一侧输运沿径向向外,并起主要作用。当磁岛宽度大于某一阈值岛宽时,捕获快离子输运增长缓慢,趋于饱和。

X波段高功率微波选模定向耦合器

高功率、长脉冲是高功率微波技术发展的趋势,提高微波器件的功率容量成为一项重要的任务,使用过模器件可以有效提高微波源的功率容量,然而却会带来微波源中同时存在多种模式的问题。为了识别一个X波段长脉冲过模高功率微波源的输出主模TM01模式,设计了一种在线选模定向耦合器,进行了理论分析和模拟优化设计。当频率范围为9.2～9.6GHz时,模拟结果显示该选模耦合器对TM01模的耦合度为-54dB,在400MHz带宽内定向性大于35dB,对TM02模的抑制度大于15dB,功率容量可达到3GW以上。

HT-7托卡马克上电子回旋辐射计及前端研究

介绍了安装在HT-7托卡马克装置上的电子回旋辐射外差诊断系统的原理;设计了一套测量系统,测量了石英玻璃和TPX材料在微波波段的插入损耗,为系统设计提供了必要的数据;研究了等离子体物理实验过程中在石英玻璃上沉积的膜的微波传输特性;测量了诊断系统的天线方向角,并分析了天线方向角给电子温度测量带来的影响。

用相衬成象系统探测等离子体密度湍动谱的新方法

研究表明，将相板的相移沟槽偏离中心，激光相衬成象系统具有空间带通传递特性。应用此系统，单点探测即可对等离子体密度扰动进行具有波数分辨的测量。文中给出了实用的单点探测宽谱型密度扰动功率谱的方法。

利用准光学谐振腔快速实时诊断等离子体的新方法

对准光学谐振腔诊断等离子体的传统诊断方法进行了改进，提出一种可用于诊断瞬态等离子体的实时诊断方法。通过实验证明，矢量网络分析仪点频测试（CW Sweep）对信号相位变化的测量速度足够快，可以跟上等离子体鞘套和尾迹的变化速度，因此利用该方法诊断等离子体鞘套和尾迹是可行的。通过对诊断系统性能的评估，表明诊断装置具有较高的实时性，对等离子体电子浓度有较宽的测量范围，测量范围可达10-1-1015m-3。

OPC规范及开发应用

OPC规范是由OPC基金会制定的一个工业标准 ,它规范了过程控制和生产自动化软件与用OPC服务器实现的硬件驱动程序之间的开放接口 .OPC规范得到越来越多的工控领域硬件、软件制造商的承认和支持 ,而中国也于 2 0 0 0年 1 2月正式加入OPC基金会 ,这意味着OPC也将成为中国工控界的公认标准 .本文介绍了OPC的体系结构、数据存取规范的对象和接口、数据存取规范中的事件驱动 ,并讨论了OPC数据访问客户端的开发 .

等离子体的三频点微波透射衰减诊断方法

依据微波在等离子体中的传播特性,并利用微波透射非磁化等离子体时在三个相邻频率点的透射能量衰减值,可同时诊断等离子体中的电子密度和电子碰撞频率。使用该方法对100-700 Pa范围内氦气辉光放电等离子体进行了诊断,选择6.2,6.8和7.4GHz三个频率点,并与使用双探针诊断的诊断结果进行比较。结果表明：两种诊断方法所得碰撞频率基本一致;微波透射衰减法诊断出的电子密度值与探针法的诊断结果在同一数量级（10^16 m^-3）,但前者约是后者的1.67倍。最后对造成这一差异的原因进行了分析。三频点微波透射衰减诊断方法可用于较高气压及其它静电探针使用受限的环境下,并且可以采用能量较小的微波,不会对等离子体本身造成显著影响,适用于等离子体的初步诊断。

HL-1M装置上的MSR系统的改进及中放研制

通过替换 2mm扫频外差接收机 (MSR)中老化的返波管 ,改进了MSR的高压电源和控制系统 ,研制了用于MSR的高增益、宽频带、低噪声中频放大器。给出了新返波管的频率输出、接收系统的频率响应、灵敏度的校准方法以及MSR调试、校准的结果 。

8mm微波反射成像系统准光结构

微波反射成像(MIR)是等离子体湍流扰动诊断中的一种重要手段,它注重于测量高时空分辨力的二维/三维分布,实现等离子体空间湍流结构的可视化实时观测,以获得更为准确的物理信息。针对等离子体诊断要求,结合托卡马克HL-2A装置的参数,对具有准光结构的8mm微波反射成像系统进行了理论计算和仿真设计,设计出一套准光系统,为指导微波反射成像的系统设计奠定基础。

HL-2A装置ECE测量系统标定研究

在HL-2A装置的电子回旋辐射(ECE)外差测量中,为实现电子温度剖面分布的绝对测量,采用双温度法和磁场扫描法分别对扫频和多道ECE测量系统进行了标定,获得了各道间的相对标定系数,并利用等离子体中心道Thomson散射测量的电子温度对ECE测量系统进行了绝对标定。结果表明,这两种方法都能实现可靠的标定,并对两者的优劣进行了比较和讨论。

HT-7装置电子回旋辐射系统接收天线改进

为了提高HT-7装置上等离子体电子回旋辐射(ECE)超外差诊断系统的极向分辨率,根据高斯光学原理,分析了诊断系统天线的改进方案。优化了天线的圆形角锥喇叭尺寸和凸透镜参数以及在装置上的相对位置,使天线接收到的等离子体ECE异常模二次谐波辐射的高斯光束束半径只有30mm左右,能量的高斯光学性质损失不大于13%。

微波多普勒反射计数据分析的一种优化方法

结合对多普勒频谱的分析,提出一种基于双高斯拟合的轴对称-非对称谱(SAS)分析方法。在此方法下,功率谱主要由轴对称功率谱和非轴对称功率谱两部分组成。前者主要由等离子体截止层密度的扰动调制决定,后者主要由波数为k⊥=2k0sinθ的湍流的极向密度扰动决定。在分析多普勒反射计的数据时,相较于常用的频谱重心(COG)分析方法和相位微分(δ-phase)法,SAS谱分析不仅提高了求取多普勒频移的准确性,同时还可以获取等离子体中波数为k⊥的极向湍流的密度扰动强度和截止层的密度扰动强度。

三轴速调管放大器自激振荡诊断

为满足X波段三轴速调管放大器(TKA)各腔内部自激振荡的诊断需求,设计了一种结构简单紧凑、无需外部密封结构的新型波导耦合器。利用小孔耦合原理和CST仿真软件,针对TKA中常见的自激振荡TE61模式,对该耦合器的耦合特性进行了理论分析和仿真设计。结合PIC方法,建立了利用该耦合器诊断TKA同轴漂移管内传输微波频谱特性的物理模型。通过仿真计算,验证了所设计的耦合器用于TKA自激振荡诊断的有效性。

微波等离子体条件下甲烷的偶联反应

运用微波等离子体技术 ,在多模谐振腔中研究了甲烷偶联反应 .考察了催化剂、激励器和添加气H2对提高起辉压力 (产生等离子体的压力 )的影响 ,以及常压下H2 /CH4 摩尔比、流速和微波辐照时间对甲烷偶联反应的影响 .结果表明 ,激励器比催化剂更利于提高起辉压力 ;添加气H2 对减少积碳和提高起辉压力均有显著作用 ,使反应可在常压下操作 .常压下 ,经优化反应条件 ,甲烷转化率可达 83 .9% ,乙炔收率可达 65 .9% .

微波电子回旋共振等离子体的阻抗特性分析

基于微波电子回旋共振（ECR）等离子体中的物理和化学性质变化会引起微波传输线阻抗的变化，采用微波三探针研究了ECR等离子体的微波阻抗随装置运行参数的变化情况，并通过一个简单的放电等效电路将阻抗的变化和等离子体性质的变化联系起来。实验结果表明，通过对ECR等离子体进行阻抗特性分析，可以在不对其产生干扰的情况下了解其性质的变化。阻抗特性分析为ECR等离子体的机理研究提供了一种新的诊断途径，有利于ECR等离子体工艺的推广和应用。

基于EAST装置量热系统的第一壁热负荷实验研究

通过测量EAST装置水冷系统的出入口冷却水的温差和流量,搭建了第一壁热负荷测量系统,实现了第一壁热负荷的分布测量。实验结果表明,在上单零偏滤器位形放电实验中,该系统测量的热负荷约占总注入能量的80%,其中,接近50%的热负荷沉积在上偏滤器区域。高的加热功率会使得第一壁热负荷更快上升。通过冷却水降温曲线拟合计算得出EAST装置上钨偏滤器水冷系统的热衰减时间约为下石墨偏滤器水冷系统的十分之一。

EAST装置上W波段多道极向相关反射仪的研制

在EAST装置上安装了X模极化W波段多道相关反射仪,用于测量等离子体芯部密度涨落。该诊断利用低损耗(<3dB)多工器将4个不同频率(79.2GHz,85.2GHz,91.8GHz和96GHz)的微波耦合在一起,通过同一个天线发射。反射波由两个极向分离(~5cm)的天线接收,通过下变频技术实现外差测量。通过对两个极向天线接收的信号进行相关分析,获得芯部湍流垂直速度。对2018年低约束模式(L模)放电进行分析发现,在电子回旋共振加热(ECRH)等离子体中,芯部湍流垂直速度在电子逆磁漂移方向。而在注入同向中性束(co-NBI)后,芯部湍流垂直速度变为离子逆磁漂移方向。

CFETR微波诊断预研与设计进展

针对最新的中国聚变工程实验堆(CFETR)零维物理设计参数,对微波诊断进行了研究以及设计工作。为了能够得到完整的密度分布,微波反射计需要同时在高场侧和低场侧进行测量,并采用寻常模以及左旋和右旋非寻常模结合的方式。电子回旋辐射一次谐频的寻常模用来测量芯部电子温度分布,而二次谐频的非寻常模测量能提供边缘温度分布。为了验证新技术在CFETR上的可用性,EAST装置上发展了基于频率选择表面的多波段耦合器,为CFETR的多波段耦合的技术需求提供了可行的预研解决方案。

EAST装置微波反射成像系统光学性能评测

用宽为1cm的金属反射平面对EAST装置上96道(极向12道×径向8道)微波成像反射计的前端接收光路的道间距和探测光斑半径进行了测试,结果与仿真结果较为一致。用极向旋转的金属轮面作为反射面,研究了非理想光学条件下反射面旋转所引入的多普勒频移,结果与模拟值吻合。

基于微波传感器的微流控设计方案改进研究

结合微流控通道制备传感器进行溶液检测可规划流体路径、减少样品使用量、避免环境干扰。提出了一种基于互补开口谐振环(Complementary Split Ring Resonators,CSRR)的微波传感器,结合微流控增强检测特性,用于乙醇浓度检测。设计了CSRR边界、金属间隙、金属区域和蛇形线微通道,研究它们对检测灵敏度的影响,通过测得的频移、幅值、相位等多种参数进行表征。通过优化微流控通道设计,将频移表征的灵敏度从0.03 MHz/%提高到0.225 MHz/%,其中蛇形线微通道可以聚集更强的电场进而极大地提高了微波传感器灵敏度。当使用幅值和相位来表征检测灵敏度时,金属间隙区域微流控表现出最高的灵敏度,分别为0.168 dB/%和0.402°/%。本研究为微波溶液浓度检测的微流控设计提供了重要参考。