EAST托卡馬克上的先進(jìn)集成微波反射計(jì)診斷系統(tǒng).pdf

1、微波診斷系統(tǒng)作為一種無擾的測量技術(shù)，在等離子體診斷中具有重要的意義。微波反射計(jì)作為常用的一種微波診斷系統(tǒng)，可以高時(shí)空分辨地測量聚變等離子體的多個(gè)參數(shù)，越來越多地應(yīng)用在了現(xiàn)代主流的各個(gè)磁約束聚變裝置上。本文的主要工作就是圍繞在中科院等離子體物理研究所的EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)托卡馬克上的先進(jìn)綜合微波反射計(jì)系統(tǒng)的測量原理、模擬設(shè)計(jì)、搭建測試、數(shù)據(jù)處理以及托卡馬克物

2、理實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果等內(nèi)容展開。
　　EAST托卡馬克上的先進(jìn)綜合微波反射計(jì)系統(tǒng)主要由8道多普勒背向散射儀(Doppler Backscattering System，DBS)和2道的電子密度剖面反射計(jì)這兩個(gè)子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合而成。兩套系統(tǒng)共用一套準(zhǔn)光學(xué)前端，能夠互為補(bǔ)充地為EAST的等離子體放電實(shí)驗(yàn)中提供如電子密度分布剖面、等離子體極向旋轉(zhuǎn)速度分布剖面、徑向電場的徑向分布、湍流強(qiáng)度徑向分布以及湍流波數(shù)譜等多個(gè)物理參量的高速高分辨率的測量，

3、可以進(jìn)行如輸運(yùn)與約束機(jī)理以及高約束模和低約束模之間的轉(zhuǎn)換（L-H轉(zhuǎn)換）機(jī)理等物理問題的研究和湍流模式鑒別。
　　在數(shù)據(jù)處理方法上，本論文從理論、實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬等方面進(jìn)行了詳細(xì)的討論。對(duì)于剖面反射計(jì)系統(tǒng)，文中討論了密度反演的方法，以及密度漲落、相對(duì)論效應(yīng)、誤差場、多普勒效應(yīng)、極化角耦合等的影Ⅱ向以及與密度零點(diǎn)相關(guān)的注意事項(xiàng)。對(duì)于多普勒反射計(jì)系統(tǒng)，文中介紹了幾種求頻移的和模分析方法，討論了模分析中采樣時(shí)鐘等問題。并從模擬上給出了SOL

4、區(qū)對(duì)測量光路的影響。
　　在本論文的主體部分，詳細(xì)地介紹了EAST上的先進(jìn)集成反射計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、搭建、校準(zhǔn)和測試的過程。該系統(tǒng)包括共用的準(zhǔn)光學(xué)收發(fā)前端、雙波段(Q-band，33-50GHz和V-band，50-75GHz)的雙極化(O-mode和X-mode)連續(xù)波頻率調(diào)制FMCW超快掃頻單發(fā)單收零差式剖面反射計(jì)以及可以同時(shí)測量8個(gè)頻率位置（55，57.5，60，62.5，67.5，70，72.5和75GHz）的單發(fā)單收外差式多

5、普勒背向散射儀系統(tǒng)(8道DBS)。此外，還詳細(xì)介紹了配套的子系統(tǒng):數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、反射鏡驅(qū)動(dòng)和監(jiān)測系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等子系統(tǒng)。并給出了各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、校準(zhǔn)和測試的過程，特別是準(zhǔn)光學(xué)測試、VCO的線性化和動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)、8道DBS的調(diào)試和通過旋轉(zhuǎn)光柵輪進(jìn)行的頻移校準(zhǔn)測試。并介紹了在為搭建和測試本套集成反射計(jì)而開發(fā)的新穎的測試和校準(zhǔn)的平臺(tái)。
　　本論文最后給出了利用該套反射計(jì)在EAST放電實(shí)驗(yàn)中實(shí)際測量的基本結(jié)果，包括在利