J-TEXT装置ECRH超导磁体系统运行及磁场测量技术研究

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磁约束聚变研究的目的是通过加热、加料来实现聚变等离子体的自持燃烧。因等离子体电阻率随着温度的3/2次方降低,传统的欧姆加热不能将等离子体加热到聚变反应所需的10 ke V量级;因而采用辅助加热进一步提高等离子体温度,是实现磁约束聚变装置点火的必要条件。电子回旋共振加热(ECRH)因其具有局域加热性好、耦合效率高、天线可远离等离子体等特点,成为磁约束核聚变装置中广泛使用的一种加热方法。为了更好的在J-TEXT装置上开展等离子体物理实验研究,华中科技大学聚变与等离子体研究所于2013年从英国卡拉姆科学中心引进了6套单元功率200 k W的ECRH系统,并于2014年开始了系统的重建工作。作为ECRH系统的重要组成部分,超导磁体的主要作用是为系统的波源回旋管提供工作所需的磁场位形,且磁场的分布和稳定度等参数将会对回旋管的效率及安全运行产生重要影响,因此超导磁体是ECRH系统重建工作中的重要一环。本文的主要工作是进行J-TEXT装置ECRH超导磁体的恢复、调试及磁场分布测量工作,为以后ECRH系统的建设与长期运行积累经验。本文主要包括三个部分。第一部分对J-TEXT装置ECRH系统以及超导磁体进行了简介。其中ECRH系统主要从波源回旋管、传输线和天线系统等进行了介绍;超导磁体主要从磁体低温恒温器、磁体线圈、磁体电源及磁体的保护控制等方面进行了介绍。第二部分为J-TEXT装置ECRH超导磁体磁场分布测量前的调试工作,主要对磁体的真空测试、磁体电源测试、降温测试以及励磁测试等进行了详细介绍。第三部分根据J-TEXT装置ECRH回旋管对于磁场位形的需求和超导磁体自身的结构特点,设计了一个能满足三维坐标精确定位的磁场分布测量工具,通过此工具对超导磁体的磁场区域测量其纵向磁场强度分布、径向磁场强度分布、杂散场分布等;通过理论分析与磁场分布测量结果以及磁体磁场仿真结果的交叉对比,验证了本文磁场分布测量方法的可行性和测量结果的准确性;结合超导磁体出厂资料,可判断出超导磁体运行状态较好,其磁场分布可满足回旋管的运行要求,达到了本文研究的初衷。
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