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HL-2A装置中超声分子束注入实验研究

作　者: 赵大为
导　师: 姚列明
学　校: 电子科技大学
专　业: 物理电子学
关键词: 热核聚变 HL-2A托卡马克光谱诊断分子束注入
分类号: TL631.24
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

高温等离子体诊断是目前热核聚变研究的重要课题。本文作者参与了核工业西南物理研究院HL-2A托卡马克装置的物理实验,并在光谱组和分子束组进行了有关等离子体光谱诊断和超声分子束注入的实验。此次实验也是围绕以上两方面的内容展开:一是利用光谱分析的方法测量等离子体中中性氢、氘的密度分布状况,二是对超声分子束注入特性的分析以及实验装置的改进和研究。光谱诊断作为等离子体诊断的有效方式,可以通过对等离子体辐射的分析得出等离子体内部的重要参数。文章介绍了等离子体辐射的基本情况,并对光谱诊断的原理进行了简要概括。同时还介绍了HL-2A托卡马克装置光谱诊断的相关设备。实验利用HL-2A装置的Hα阵列收集中性氢氘电离辐射,再通过Abel反演变换,得出等离子体密度分布状况,作为分析等离子体的重要参数。本次实验的重点部分在分子束注入实验。超声分子束注入不仅是一种有效的加料手段,同时还成为其他等离子体物理实验的重要辅助手段。文章详细介绍了超声分子束的形成原理及分子束注入的实验装置。对于超声分子束的研究主要包括注入效果、注入速度、注入深度等方面。通过HL-2A装置诊断系统的帮助,可以清楚地看到分子束注入引起的等离子体密度变化。利用CCD相机拍摄到了分子束注入的实际图像,观察到注入气体同等离子体的互作用情况。分子束的注入速度通过飞行时间法可以进行简单估算,其深度则利用观测等离子体密度扰动的传播而得到。实验结果证明,分子束可以独立承担HL-2A托卡马克装置的加料任务,具有良好的发展前景。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章引言  9-11
第二章受控聚变科学与托卡马克概述  11-29
  2.1 聚变能  11-16
    2.1.1 热核反应  12-13
    2.1.2 劳逊判据  13-15
    2.1.3 自持燃烧条件  15-16
  2.2 磁约束聚变  16-29
    2.2.1 磁约束:环  17-18
    2.2.2 托卡马克(TOKAMAK)位形简介  18-19
    2.2.3 托卡马克装置  19-29
      2.2.3.1 托卡马克装置的主要部件  20-24
      2.2.3.2 托卡马克技术的发展  24-26
      2.2.3.3 HL-2A 托卡马克装置简介  26-29
第三章高温等离子体诊断原理概述  29-39
  3.1 热核聚变高温等离子体诊断概况  30-32
  3.2 等离子体光谱诊断  32-39
    3.2.1 高温等离子体辐射过程  33-34
    3.2.2 光谱测量进行等离子体诊断的方法原理  34-37
      3.2.2.1 利用光谱绝对强度估计密度和温度  34-35
      3.2.2.2 其他推算方法  35-36
      3.2.2.3 Ηα 谱线分析  36-37
    3.2.3 HL-2A 相关诊断装置概述  37-39
第四章超声分子束注入加料  39-45
  4.1 常用加料方式及其比较  39
  4.2 超声分子束注入  39-45
    4.2.1 超声分子束形成  40-41
    4.2.2 HL-2A 装置上的超声分子束注入设备介绍  41-45
      4.2.2.1 弱场侧分子束注入系统  42
      4.2.2.2 强场侧分子束注入系统  42-45
第五章实验设置与结果分析  45-59
  5.1 实验设置介绍  45-46
  5.2 数据分析原理介绍  46-49
    5.2.1 飞行时间法测分子束注入速度  46-47
    5.2.2 Abel 反演方法  47-49
  5.3 实验结果  49-59
    5.3.1 超声分子束注入结果及分析  49-56
      5.3.1.1 弱场侧结果分析  49-54
      5.3.1.2 强场侧调试结果  54-55
      5.3.1.3 两侧加料对比  55-56
    5.3.2 Hα光谱分析结果  56-59
第六章实验总结  59-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
攻硕期间取得的研究成果  65-66

HL-2A装置中超声分子束注入实验研究

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