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托卡马克装置是目前发展比较成熟的磁约束受控热核聚变研究装置,成为非常有希望建堆的装置之一。而电磁测量诊断作为获取托卡马克装置工程参数与等离子体宏观信息的最基本而最有效的手段之一,在装置运行、等离子体放电参数的控制以及物理诊断方面起着极其重要的作用。
本文的工作是围绕着EAST托卡马克装置的电磁测量诊断展开的。首先介绍了对HT-7装置电磁测量系统进行的全面改造,准确提供了装置的电磁测量信号,为HT-7装置的运行和物理分析提供良好的测量数据。其中包括:供给实时反馈系统的等离子体电流,位移信号;供给装置运行保护的极向场电流信号;以及等离子体内能,内感,β,MHD不稳定性等一系列重要参数。这项改造工作同时也是对EAST电磁测量系统进行的前期预演,对各种测量手段,材料,安装以及测试进行了一系列的研究,在HT-7上积累了丰富的经验。在此基础上,结合EAST装置的工程参数和物理目标,在借鉴参考国内外各个装置的基础上,给出了EAST装置电磁测量系统的物理设计方案;根据物理设计方案,结合EAST装置的主机结构特点,进行电磁测量系统的工程设计,探针加工以及精确安装;并且设计出科学和完整的实验方案对整套探针系统进行严格的定标,确保测量结果的真实与准确。在EAST工程调试中,采用电磁测量探针信号在全超导托卡马克装置上对极向场和纵场磁体的磁场场形进行测量,验证了EAST磁体的工程设计参数的准确性;在EAST装置两轮等离子体放电运行中,电磁测量信号提供了大量准确可靠的测量数据和分析结果,除了常规的等离子体电流,极向磁场和磁通,MHD不稳定性,等离子体内能等参数外,还对等离子体击穿时刻零场区进行分析,获得了较低环电压下的击穿;采用EFIT程序成功反演了平衡时刻的圆形和拉长偏滤器位型下的等离子体位型。为装置的安全运行、等离子体控制和诊断系统提供了大量的测量数据,为理解EAST装置等离子体物理现象提供了丰富的信息。