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HL-2A托卡马克装置上微波反射仪的研制

HL-2A托卡马克装置上微波反射仪的研制

作者：杨州军华中科技大学

学位级别：硕士

微波反射仪作为一种测量等离子体电子密度剖面分布的有效手段已经被广泛地应用于托卡马克等许多磁约束聚变装置中。本文对HL-2A托卡马克装置上的微波反射仪的研制及应用进行了介绍。本文概述了微波反射法在磁约束聚变装置中的发展及应... 详细信息

微波反射仪作为一种测量等离子体电子密度剖面分布的有效手段已经被广泛地应用于托卡马克等许多磁约束聚变装置中。本文对HL-2A托卡马克装置上的微波反射仪的研制及应用进行了介绍。本文概述了微波反射法在磁约束聚变装置中的发展及应用情况,微波反射法的基本原理及各种微波反射仪的特点,并根据HL-2A托卡马克装置的基本参数(大半径R=1.64 m,小半径a=0.4 m,纵场为Bt=2.5T,中心弦电子线密度约为Ne=0.8～4.0×10m)和实验要求,提出了一种适合于HL-2A托卡马克装置的微波反射仪的设计方案,即采用寻常波运行模式和快扫描微波源(扫描周期1ms),通过幅度调制和外差变频,利用I/Q鉴相测量获得其相位延迟(即延迟时间),由此重建电子密度分布剖面。系统探测频率范围为:26.5-60GHz,用于测量弱场侧电子密度的径向分布,它们所对应的密度测量范围是0.84×10 m- 4.47×10 m。整套微波反射系统在HL-2A实验中成功地测量了电子密度分布,并初步观测到一些物理现象。这套微波反射系统将与HL-2A上已有的密度测量手段:HCN激光干涉仪和静电探针一起给出更加全面的等离子体径向电子密度分布。

关键词： HL-2A托卡马克装置等离子体微波反射仪密度分布幅度调制

J-TEXT相关电子回旋辐射测量系统的研制

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核聚变与等离子体物理 2018年第3期38卷 309-314页

作者：周豪杨州军张弛阮博文潘晓明华中科技大学电气与电子工程学院武汉430070

为了更好地研究反常输运,J-TEXT发展了一套相关电子回旋辐射(CECE)系统来测量电子温度涨落。该系统采用频率去相关的结构,通过八道窄带滤波器进行频率选择,其中两道采用带宽为100MHz的定频滤波器,其余六道采用带宽为100~240MHz的钇铁石... 详细信息

为了更好地研究反常输运,J-TEXT发展了一套相关电子回旋辐射(CECE)系统来测量电子温度涨落。该系统采用频率去相关的结构,通过八道窄带滤波器进行频率选择,其中两道采用带宽为100MHz的定频滤波器,其余六道采用带宽为100~240MHz的钇铁石榴石(YIG)滤波器,YIG滤波器的中心频率为数字可调,增加了系统的灵活性。通过光路的优化,系统的极向分辨率最高可达2.5cm-1。实验结果表明系统性能良好,通过互相关技术可以消除热噪声的影响得到电子温度涨落,并且观测到靠近等离子体芯部的电子温度涨落要小于靠近边缘的电子温度涨落。

关键词：相关电子回旋辐射电子温度涨落 YIG滤波器

Design of Digital Multi-Radian Phase Detector on J-TEXT

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Plasma Science and Technology 2014年第10期16卷 974-977页

作者：李俊杨州军高丽刘明海庄革 School of Electrical and Electronic Engineering Huazhong University of Science and Technology State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology

A real time system used to detect phase difference between two sinusoidal signals is proposed in this paper. The system is designed to process the phase signal of the far-infrared （FIR） hydrogen cyanide （HCN） interferometer on J-TEXT. It is based on zero-crossing detection and makes use of the digital circuit. Compared with a traditional zero-crossing phase detector, it doesn＇t need to sacrifice the time resolution to expand the phase range. The phase difference is divided into two parts, the integer part and the fraction part. In each detecting cycle, they are detected separately. It outputs digital signals that are more stable for transmission. A prototype was built on J-TEXT using discrete components. A practical method is proposed to deal with the counting error caused by the deviation of electronic components in manufacture. Reasonable results were obtained on the prototype. The phase resolution reaches 2π/64 in test, and can still be improved by raising the clock frequency.

关键词： phase detector multi-radian digital HCN interferometer

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HL-2A装置微波反射仪的研制

核聚变与等离子体物理 2006年第2期26卷 115-120页

作者：杨州军丁玄同刘泽田肖维文石中兵李英量 Vladimir Zhuravlev 华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074 核工业西南物理研究院成都610041 库尔恰托夫研究所莫斯科

在HL-2A装置上研制了用于测量等离子体密度分布的两套幅度调制微波反射仪。微波反射仪采用时间延迟法。这两套微波反射仪有不同的频率范围(26.5～40GHz和40～60GHz),它们所对应的密度测量范围是(0.84～1.98)×1019m-3和(1.98～4.47)×10... 详细信息

在HL-2A装置上研制了用于测量等离子体密度分布的两套幅度调制微波反射仪。微波反射仪采用时间延迟法。这两套微波反射仪有不同的频率范围(26.5～40GHz和40～60GHz),它们所对应的密度测量范围是(0.84～1.98)×1019m-3和(1.98～4.47)×1019m-3。时间分辨率可达1ms,空间分辨率约为5mm。

关键词： HL-2A装置微波反射仪幅度调制密度分布

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J-TEXT装置中央控制系统的设计与实现

核聚变与等离子体物理 2009年第2期29卷 161-165页

作者：杨州军庄革胡希伟张明邱胜顺黄礼华华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074 聚变与电磁新技术教育部重点实验室武汉430074

J-TEXT装置由许多相关子系统组成,其中央控制系统的主要功能和作用是统一调度和协调各个子系统,控制装置的运行状态。J-TEXT中央控制系统是基于Windows和QNX操作系统平台,并采用工业控制计算机结合PCI工业控制卡来实现的。该系统已经完... 详细信息

J-TEXT装置由许多相关子系统组成,其中央控制系统的主要功能和作用是统一调度和协调各个子系统,控制装置的运行状态。J-TEXT中央控制系统是基于Windows和QNX操作系统平台,并采用工业控制计算机结合PCI工业控制卡来实现的。该系统已经完成了相关测试并获得满意结果。在首轮的J-TEXT放电调试中,该系统运行稳定可靠,控制效果良好。

关键词： J-TEXT装置中央控制系统

Plasma Response to Supersonic Molecular Beam Injection in J-TEXT

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Plasma Science and Technology 2014年第1期16卷 17-20页

作者：肖金水杨州军庄革胡启明冯先德刘明海 State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology Huazhong University of Science and Technology

Recently, hydrogen fueling experiments with supersonic molecular beam injection （SMBI） system have been performed in the J-TEXT tokamak. To evaluate the effects of the in- jection amount of SMBI on plasma behaviors, moderate and intensive SMBs have been separately injected and compared with each other in Ohmic discharges. With moderate SMBs, electron den- sity increases about twice as before, the size of magnetic island slightly decreases, and the edge toroidal rotation speed in a counter-current direction, measured by a high resolution spectrometer （Carbon V ion, 227.09 nm, r/a-= 0.7-0.8）, is accelerated from 8 km/s to 12 km/s. The state of higher electron density with moderate SMBI can be maintained for a long period, which indicates that plasma confinement is improved. However, with intensive SMBs, the accompanied magne- tohydrodynamic （MHD） activities are triggered, and the electron density increases moderately. The edge toroidal velocity is decreased, in certain cases even reversed in the co-current direction. The statistical result of experimental data for moderate and intensive SMBs suggests a preferred fueling amount （less than 3.2 ~ 1019） to improve the SMBI fueling efficiency in experiments.

关键词： SMBI fuelling plasma responses J-TEXT

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基于射线追踪的微波成像诊断极向位置修正

核聚变与等离子体物理 2024年第2期44卷 170-176页

作者：高远杨州军张智超罗蔷金子阳高丽潘垣华中科技大学电气与电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉430074

在微波成像诊断准光学设计中对等离子体介质对成像位置的影响进行了研究。采用射线追踪方法,在J-TEXT实验参数条件下,基于冷等离子体近似的色散关系,求解了电子回旋辐射成像(ECEI)诊断的极向成像位置。对比分析了射线追踪相较于传统准... 详细信息

在微波成像诊断准光学设计中对等离子体介质对成像位置的影响进行了研究。采用射线追踪方法,在J-TEXT实验参数条件下,基于冷等离子体近似的色散关系,求解了电子回旋辐射成像(ECEI)诊断的极向成像位置。对比分析了射线追踪相较于传统准光学成像的成像位置的修正效果,发现聚焦位置位于高场侧和高密度等离子体情况下,实际观测位置与准光学设计位置有较大偏差。该修正提高了诊断数据测量的可靠性,优化了微波诊断信号分析。

关键词：电子回旋辐射成像准光学设计射线追踪

Identification and Analysis of Magnetic Structures on HL-2A

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Plasma Science and Technology 2006年第6期8卷 644-648页

作者：季小全杨青巍冯北滨周航宇袁保山陈伟杨州军 Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074China Southwestern Institute of Physics Chengdu 610041China

A method for the identification and analysis of magnetic islands is presented based on the calculation of the perturbative current and magnetic field in plasmas. A cylindrical approximation is adopted and the toroidal effect on plasma equilibrium is also included. This method has been used on the HL-2A tokamak for analysing the magnetic island structures.

关键词： HL-2A tokamak tearing mode magnetic island MHD instability

双极化频率调制微波反射计在J-TEXT托卡马克上的应用

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物理学报 2014年第12期63卷 196-202页

作者：张重阳刘阿娣李弘陈志鹏李斌杨州军周楚谢锦林兰涛刘万东庄革俞昌旋中国科学技术大学近代物理系合肥230026 华中科学技术大学电气与电子工程学院武汉430074

等离子体中电子密度分布是研究等离子体物理的基础诊断之一.为了测量J-TEXT中电子密度分布,我们在J-TEXT实验装置上搭建了一套频率调制反射计.该反射计工作在Q波段与V波段,为了增加反射计密度测量范围,采用了双极化的设计,即能够同时测... 详细信息

等离子体中电子密度分布是研究等离子体物理的基础诊断之一.为了测量J-TEXT中电子密度分布,我们在J-TEXT实验装置上搭建了一套频率调制反射计.该反射计工作在Q波段与V波段,为了增加反射计密度测量范围,采用了双极化的设计,即能够同时测量寻常波模式与非寻常波模式.得益于双极化的设计,该反射计测量的电子密度范围为0—6.0×1019m-3,能够覆盖J-TEXT托卡马克的低场侧全部范围.频率调制反射计的时间分辨取决于微波系统扫描周期,由于采用了扫频速率更快的扫频固态源,整个频率扫描周期可以达到40μs.要获得完整的电子密度分布,必须先利用中频频率的跳变计算出密度零点的位置,然后使用两种极化模式的数据反演得到完整的电子密度剖面.同时,在实验中还观察到在非寻常波模式下低于右旋截止频率的微波在等离子体中也能够传播.

关键词：微波反射计电子密度剖面双极化托卡马克