《HT7低杂波功率谱对课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《HT7低杂波功率谱对课件（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、HT-7HT-7低杂波功率谱对低杂波功率谱对波耦合及电流驱动效率相关性研究波耦合及电流驱动效率相关性研究 沈慰慈第1页，共33页。HT-7HT-7低杂波电流驱动研究的主要目标低杂波电流驱动研究的主要目标利用低杂波电流驱动实现超导托卡马克利用低杂波电流驱动实现超导托卡马克的的长脉冲、高约束长脉冲、高约束运行运行 第2页，共33页。实验目的优化HT-7 LHCD实验参数，进一步提高低杂波功率耦合及电流驱动效率，为长脉冲、高参数等离子体放电提供实验平台。利用低杂波电流驱动控制等离子体分布，实现高电子/离子温度、高约束和具有先进等离子体位形如（ITB、负磁剪切）的放电。第3页，共33页。研究背景低杂波
2、电流驱动要求天线在等离子体大环方向上具有不对称功率谱，同时为了获得较大的驱动电流，希望低杂波能够传输到等离子体中心，并与等离子体发生有效的相互作用。这就要求波与等离子体之间有好的功率耦合，波的功率谱宽度越窄越好，两边不对称谱线的高度相差越大越好。在改善约束研究中，我们有时候并不希望低杂波的功率都沉积到中心，而是通过改变功率谱来控制波与等离子体相互作用的电子及其位置，从而有效地改变等离子体电流分布，改善等离子体的约束性能。理论与实验研究已经证实：低杂波天线发射的功率谱n/决定了低杂波实验的特性，包括耦合、加热和电流驱动效率、等离子体电流分布等。第4页，共33页。 研究内容低杂波功率谱对波耦合及电
3、流驱动效率的影响低杂波功率谱对波耦合及电流驱动效率的影响低杂波电流驱动实验中的功率耦合及电流驱动效率是关系到能否在一个稳定的参数条件下，在较长的时间段内实现电流驱动的二个重要参量。它涉及到波与等离子体之间的耦合与相互作用、天线的相位控制、等离子体参数控制、边界区域电子密度涨落、托卡马克装置的壁状态等一系列相关因素，是低杂波电流驱动实验中的一个关键问题，同时对改善约束、控制分布、实现高品质等离子体放电也具有重要的意义。第5页，共33页。波驱动电流的基本原理低杂波在托克马克等离子体中可通过朗道阻尼将能量传给电子，使得这些电子在波矢方向的运动速度增加，因此形成电流，即低杂波驱动电流。在低杂波电流驱动
4、时，对波的功率谱（波功率关于平行波矢量的分布）要求是不对称的，并可通过调节天线阵列的相位来达到所要求的波谱形状。驱动电流的大小由电子所吸收的总功率及这一功率对平行波矢量谱的形状所确定。 其中ne是电子密度，Pe(k/)是波的功率谱， 为Spitzer电阻率第6页，共33页。低杂波电流驱动效率根据 Fisch Fisch 的线性理论: (A1014cm-3 m/W) 由此可见高电子温度、小的n/、低杂质含量有利于提高电流驱动的效率。第7页，共33页。根据Fischisch理论，似乎波的相速度越大越好，也就是平行折射率越小越好。但实验结果表明，这一结论是不正确的，除了波的可近性要求平行折射率必须大
5、于某个临界值外，实际上，电子速度分布中高能电子的数目随能量增加急剧减少，参与共振的电子过少，被吸收的波功率也就很小，耦合到等离子体中的波能会重新溢出，或在其他通道中损失，使实际被利用于电流驱动或加热的波功率的比例减小。所以，低杂波功率谱对等离子体的影响要根据具体实验条件综合考虑，在很大程度上要在实验中寻找最佳耦合和驱动条件。第8页，共33页。HT-7 上两种结构的天线 * 多波导相控阵天线： 212个波导并列组成，波导间的相位差可以自由调节。该天线的优点是n/谱调节范围大；缺点是难以在有效的空间内增加波导数量以得到小的n/ 。 * 多结波导阵天线 ： 3 16以子波导间具有固定相位差的波导结为
6、单元（每个结有四个子波导）；天线由12个这样的子波导结祖成。该天线的优点是可以在有限空间内有效增加子波导数量，从而得到比较小的n/ 。缺点是n/谱调节范围受到限制。第9页，共33页。HT-7 LHW Antenna212 multi-waveguide grill Sub-waveguid size: 13.1mm 109.2mmMaterial: 1Cr18Ni9Tiantenna protectors are made of molybdenumBaking temperature: 270a flexibly adjusted power spectrum 1N/ peak 4 (N/
7、= 0.8)第10页，共33页。Multijunction Grill antennaThe grill consists of 3 16 waveguides第11页，共33页。新天线结构新天线结构第12页，共33页。新天线的辐射谱新天线的辐射谱第13页，共33页。低杂波天线主波导相位角与功率谱平行折射率对应关系-180-150-120-90-60-30N/1.251.451.61.81.952.150306090120150180N/2.352.52.72.93.13.253.45第14页，共33页。数值模拟计算不同功率谱低杂波的功率沉积与驱动电流分布第15页，共33页。优化低杂波电流驱动
8、实验参数采用二段调相方式，比较波功率谱对电流驱动效率的影响 = 0o-90o = 30o-120o = 60o-150o = 180o-270o第16页，共33页。 = 0o-90o (n/=2.35-2.9)第17页，共33页。 = 30o-120o (n/=2.5-3.1)第18页，共33页。 = 60o-150o (n/=2.7-3.25)第19页，共33页。 = 180o-270o (n/=3.45-1.8)第20页，共33页。 Vs def OH, 0o, 60o, 120o, 180o第21页，共33页。低杂波的功率耦合不同相位引起反射功率不同0o/90o第22页，共33页。不同相
9、位引起反射功率不同60o/150o第23页，共33页。Reflection coefficient and Loop voltage drop versus antenna phasing Lower power reflection coefficients and higher current drive efficiency are obtained when phase is between 0o and 90o. 第24页，共33页。LHCD efficiency dependence on plasma density and power spectrum 新天线2.05 2.25
10、 2.45 2.7 2.9 3.15 3.25 N/第25页，共33页。Te Vs 第26页，共33页。高功率低杂波实验Ip=150kA, ne=2.2E13, PLH=600kW, R=2.9%, =0o第27页，共33页。全波驱动 Ip=115kA, ne=0.9E13, PLH=430kW, R=4.6%, =0o第28页，共33页。长脉冲放电杂质效应引起波反射增大，耦合变坏第29页，共33页。低杂波改善约束实验Ip=150kA, ne=1E13, Bt=1.8T, PLH=320kW, R=3%, =0o第30页，共33页。60452 Te(r) and ne(r)第31页，共33页。60452 We and p第32页，共33页。 谢谢！第33页，共33页。
