hl-1m裝置撕裂模不穩(wěn)定性的相位比對(duì)法研究

1、第 2 4 卷 第 4 期 2004年 1 2月 核 聚 變 與 等 離 子 體 物 理 N u c l e a rF u s i o na n dP l a s maP h y s i c sV o 1 ． 2 4 ，No ． 4D e C．20 04文章編號(hào) ： 0 2 5 4 — 6 0 8 6 ( 2 0 0 4 ) 0 4 — 0 2 8 5 — 0 6H L ． 1 M 裝置撕裂模不穩(wěn)定性 的相位 比對(duì) 法研 究 趙開(kāi)君 ，

2、 嚴(yán)龍 文 ， 楊青 巍( 核工業(yè) 西南物理研究 院 ， 成都 6 1 0 0 4 1 )摘 要 ： 采用 相位 比對(duì) 法模擬分 析 了 H L - 1 M裝 置的磁擾 動(dòng)模 式 ， 模擬 結(jié)果 同預(yù) 期 的一致 。在 具有 撕 裂模 不穩(wěn) 定性的典 型放 電中 ， 探測(cè) 到獨(dú)立模 m =2 、 3 、 4 ， 耦合模 m =2 、 3 ， 并與用 空間傅立 葉分析方 法得到 的擾 動(dòng)模式 的分 析結(jié)果進(jìn) 行 了比較 。討論 了這 些方

3、法在 實(shí)驗(yàn)分析 中的可行性 和有效性 。關(guān)鍵 詞 ： 撕 裂模 不穩(wěn) 定性 ； 擾動(dòng)模式 數(shù) ； 相 位 比對(duì)法 ； M i r n o v 探針 中圖分類(lèi)號(hào) ： 0 5 3 6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ： A1引 言 撕裂模首次在托卡馬克裝置 r I 3上實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到 ，已對(duì)它進(jìn)行 了廣泛 的理論和實(shí)驗(yàn)研究 。在托卡馬克 等離子體放電中 ， 撕裂 模的 出現(xiàn)對(duì)等離子體 約束 具 有重要的影 響?。較高極 向模數(shù) 的撕裂模 (>2 )可以使約束變

4、壞 ， 而 =2 、 I 1 , ： l 的撕裂?；蚨鄠€(gè) 不同的極 向或環(huán) 向模式 同時(shí)出現(xiàn)往往引起約束嚴(yán)重 變壞或直接導(dǎo)致放 電破裂 ， 或者通過(guò) 與外部電阻壁 相互作用而引發(fā)鎖模不穩(wěn)定 性大破裂 ， 故對(duì) 撕裂模 的研究是聚變研究的重要課題之一 。由于撕裂模 的危 險(xiǎn)性 較大 ， 因此在實(shí) 際中要盡 可能抑制 或避 免它 。在 托卡 馬克裝 置 T F R 、 T E X T 、J F I “ ． 2 M、 T ． 1 0 上 已

5、用 電子 回旋共振加熱 ( E C R H ) 有效 地抑制 了 r f l , ：2 、 n= 1 的撕裂模 。 數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn) 表明把擾動(dòng)場(chǎng)的傅立葉分量反饋到環(huán) 向場(chǎng)能夠抑制 r f l , =2 、 n= 1 的撕裂模 。在孔欄位形 的托卡馬克裝置上 ， 對(duì) 于極 向均勻 分布 的磁探針可采用空間傅立 葉分析方法分析擾動(dòng) 模式 。在 H L - 1 M裝置上 ， 已利用空 間傅立 葉分析 在 同一時(shí)間 內(nèi)分析 出兩種或兩種 以上 的

6、模式(r f l , ≤5 )， 顯示 了該 方法具有好 的適用性。在偏 濾器托卡 馬克裝置 A S D E X上 ， 已采用相位 比對(duì)法 分析 了撕 裂模的極 向模數(shù) 。在托卡馬克裝置 A S D E X ． U上 ， 通 過(guò)擾動(dòng)場(chǎng)的模擬與用米爾諾夫探針測(cè)量信號(hào)的比較 分析表明具有頻率相同的兩種或兩種 以上模式 的耦 合 。文 中采用空 間傅 立葉分 析法 、 相位 比對(duì) 法對(duì) H L ． I M裝置上的磁擾動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行 了分析。并對(duì)相

7、位 比對(duì)法做 了改進(jìn) ， 改進(jìn)后該方法可以分析耦合模。2 探 針布置及模式分析法原理 H L ． 1 M裝置上米爾諾夫磁探針陣列 的極向布置 如圖 1 所示。環(huán) 的大半徑為 R=1 0 2 c m， 小半徑為 n= 26Cm， 真 空 室 波 紋 管 外 壁 的 小 半 徑 為 b=3 4 ． 5 c m 。 在該裝置 的一個(gè)環(huán) 向位置上沿外 壁極 向均 布 1 6 對(duì)磁探針。1 號(hào)磁探針位 于中平 面的外側(cè)( 即弱場(chǎng)側(cè)) ， 5 號(hào)磁

8、探針布在環(huán)的頂部 ， 9 號(hào)磁探針位于 中平面 的內(nèi)側(cè) ( 即強(qiáng) 場(chǎng)側(cè) ) ， 1 3號(hào)磁 探針 在 環(huán) 的底部。磁探針 角度 間距 為 2 2 ． 5 。 ， 該 陣 列可 以分析 r f l ,≤ 8的極 向模數(shù)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程 中 ， 磁探針 信號(hào)的采集 頻率通常為 2 0 k H z 。在托卡馬克等離子體 中， 通常米 爾諾夫振蕩是 由在有理面附近產(chǎn)生和發(fā)展的撕裂模及其磁 島沿環(huán) 收稿 日期 ： 2 0 0 3 — 0 4 — 2 3

9、 ： 修訂 日期 ： 2 0 0 4 — 0 3 — 3 1基金 項(xiàng) 目： 國(guó)家 自 然科 學(xué)基金 資助項(xiàng) 目( 1 0 1 7 5 0 20 ， 1 9 8 8 9 5 0 4 )作者簡(jiǎn)介： 趙開(kāi)君( 1 9 6 9 一) ， 男 ， 四川省萬(wàn)源縣人 ， 碩士研究生， 主要從事托卡馬克等離子體磁流體不穩(wěn)定性研究。維普資訊 http://www.cqvip.com 第 4 期 趙 開(kāi)君等 ： H L - 1 M裝 置撕裂 模不穩(wěn)定性

10、的相位 比對(duì)法研究 5t ／ ms圖 2 相位 比對(duì) 法模擬 分析磁擾動(dòng) 模式 圖中 B O O —B I 5 是 1 —1 6 號(hào)探針 的信 號(hào)， B I 6 是 1號(hào)探針的信 號(hào)。a —— 模式 m =3 ． b —— 耦合模 m =2 ， 3 。日( t )=0 ls i n [ 2 ( 0—0 ． 3 s i n 0 ) 一l t +0 1 ]+／ 2 , 2 s i n [ 3 ( 0—0 ． 3 s i n 0 ) 一2 t

11、 +0 2 ]( 9 )式 中， o 。 、 o、。 。 、∞為常數(shù) 。 圖中的等相位 的連線(xiàn) 發(fā)生 了彎折并 出現(xiàn)了兩條分支 ， 折線(xiàn) 1 和折線(xiàn)2 分別 對(duì)應(yīng)于模式 m =2 和 m =3 。3 實(shí)驗(yàn)結(jié) 果 的模 式分析 下面就磁擾 動(dòng)的獨(dú)立模 、 多模 和耦合模 的實(shí)驗(yàn) 結(jié)果分別 進(jìn)行討論 。獨(dú)立模 是 指存 在一 種 主要 模 式 ， 它的振幅與其它模相 比要大得多 ， 多模是指多種 模式在 同一時(shí)間段 內(nèi)同時(shí)存在但 頻率不 同

12、， 而耦合 模指的是 同時(shí) 出的擾 動(dòng)頻率 相 同的 多個(gè)不 同模 式 。3 ． 1 獨(dú)立模分析 在這里 ， 首先分析獨(dú)立 模 的情形 。獨(dú) 立模分析 相對(duì)簡(jiǎn)單 ， 理論上處理 也 比較容 易。在 實(shí)驗(yàn) 中得 到的信號(hào)常常是多個(gè) 模式與噪音 信號(hào) 的疊加 ， 這給模 式的實(shí)驗(yàn)分析帶來(lái) 了困難 ， 因而采用 多種方法來(lái) 分 析擾動(dòng)模式是十 ， 必要的 。a 廠 ＼fm= ： 4 ． 5m- 2Dj一m = 2． 3．1■ ’II |

13、 一一●一． J- ’一 ’ I ‘ t 1J p l —C：J．j’，。 t ● - ．．．■ ‘，2 0 0l4 0 u6 0 08 o o’ o／＼Jd ， ▲ ． ? ? ． ． · - ‘ II I ～ - 一O1 r ’ T ' 1 - 一’ ’ T r 一 ’53日刖 萬(wàn) IO●3L● _ _ ● ? - 6圖 3 第 3 0 6 0 次放 電分析 a —— 環(huán)電 流 ，． b —— 第 2號(hào)探 針信

14、號(hào) 及分 析 結(jié)果 ；c— — 從 上至下 曲線(xiàn)依 次表示空 間傅立葉分 析 n t =5 、 4 、 3 、2 模 式的幅值 ； d 、 e 分另 Ⅱ 是 t =2 5 04 0 0 m s 的擾動(dòng)幅度及 相位 比對(duì) 法分析的模式數(shù) 。圖 3 給 出了第 3 0 6 0次放 電的分析 結(jié)果及 空 間傅立葉分析法示意 圖， 和本次放 電在 2 5 0～ 4 0 0 m s 期 間采用相位 比對(duì)法 分析擾動(dòng)模式 的展開(kāi) 分析結(jié)果。圖 3