【毕业学位论文】（Word原稿）中国联合球形托卡马克磁涨落测量与分析-核科学与技术

中国联合球形托卡马克 磁 涨落 测量 与 分析 申请清华大学工学硕士学位论文 ) 培 养 单 位 : 工程物理系 学 科 : 核科学与 工程 研 究 生 : 指 导 教 师 : 高工 二 八 年五 月 中国联合球形托卡马克磁涨落测量与分析 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 清华大学拥有在著作权法规定范围内学位论文的使用权，其中包括： （ 1） 已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文； （ 2）为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所供校内师生阅读 ,或在校园网上供校内师生浏览部分内容 。 本人保证遵守上述规定。 （保密的论文在解密后遵守此规定） 作者签名： 导师签名： 日 期： 日 期： 摘 要 I 摘 要 中国第一台球形托卡马克装置，其建造目的 主要 在于 拓展我们 对低环径比的 磁约束装置等离子体物理 的理解， 以及论证采用 非感应方式 启动 并建立稳定的 等离子体 的可能性。本文的主要工作着眼于利用的磁测量系统进行磁涨落的测量，并 据此 分析磁涨落与反常输运的关系。众所周知， 在磁约束等离子体中， 磁场的涨落 是能量反常输运的一个有效机制。在反场箍缩装置和传统托卡马克中已经进行了很多的相关研究，这些研究指出磁涨落和边界输运存在密切的联系。但是，由于受到磁测量 线圈位置的限制，所有先前的研究都集中在边界等离子体中，这显然不能直观地反映湍流自芯部向 刮离层 发展的情况。我们的工作 主要是来探究球形托卡马克中从芯部到限制器之间的磁涨落与反常输运的相互关系。 具体来说，我们利用磁测量系统 直接测得磁线圈上的感应电压，然后利用公式求得了磁场强度，进而通过数据处理获得了 磁涨落量的径向分布情况， 最后 利用 湍流谱分析技术 两点测量估计湍流的谱功率密度分布建立了波数谱。我们从波数谱看到，湍流沿径向分别向内和向外沿两个方向传播，但是叠加效果是使得湍流 从芯部向限制器方向传播。此外，条件功率谱指 出湍流的能量几乎与涨落频率无关。最后，我们发现磁湍流以恒定的相速度（大约 2 km/s）从芯部向边界传播，并且维持一个恒定的波数（大约 0.5 关键词： 球形托卡马克 磁涨落 反常 输运 湍流I as on of at a R/a of by of is on of of It is in a of in A of in is a by of on is to of to is to to we of we to in to of is of of we to at a km/s) a .5 录 录 第章 引言 . 1 聚变研究概述 . 1 从托卡马克到球形托卡马克 . 1 托卡马克诊断技术概况 . 4 研究现状 . 4 课题工作 . 6 第 2 章 统 . 7 置简介 . 7 置上已有的诊断设备 . 9 第 3 章 磁测量系统的建立 . 13 磁测量概述 . 11 磁测量原理 . 12 磁探针的设计和制作 . 13 外部装置 . 14 数据采集系统 . 15 磁探针的真空预处理 . 19 件 . 19 烘烤电路 . 22 第 4 章 磁涨落分析手段 . 24 时频分析 . 24 一致性分析 .未定义书签。 自相关时间 .未定义书签。 双谱分析 .未定义书签。 第章 磁涨落分析结果 . 27 典型的等离子体电流 . 27 目 录 探针对等离子体的影响 . 28 向磁场径向分布以及涨落 . 29 功率谱分析 . 33 时频特性分析 . 35 一致性分析 .未定义书签。 自相关函数和自相关时间 .未定义书签。 双谱分析 .未定义书签。 第 6 章 总结、结论以及将来的研究 . 45 总结 . 45 探针对等离子体的影响 . 45 径向磁涨落幅度很小 . 45 结论 . 45 将来的工作 . 46 参考文献 . 49 致谢与声明 . 51 附录 A 主要的分析程序和子函数说明表 . 52 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 . 53 主要符号对照表 V 主要符号对照表 A 环径比 ( 极向磁场 环 向磁场 径向磁场 一致性 等离子体电流 平衡场电流 限制器 q 安全因子 r 等离子体小半径 刮 离 层 ( 极向 环向 等离子体比压 磁通量 感应电动势 第 1 章 引 言 1 第章 引言 聚变研究概述 随着工业的发展， 石油、天然气和煤等不可再生资源的枯竭，当今世界面临着一个相当严峻的能源问题。按照现在的能源消耗速度，世界上可开采的非可再生能源：煤可用 219 年（中国不足 100 年）；石油、天然气可用 44 年； 用几百年。能源危机日渐逼近，开发和利用更为广泛、清洁和高效的新能源已经迫在眉睫。 与化石能源以及目前核电站利用的核裂变发电相比，聚变能具有资源无穷尽性、环境可接受性、和经济竞争性，是目前人类所能够认识到的可最终解决人类能源和环境问题的最重要的途径之一。 聚变反应是将两个较轻的 核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核（或粒子）的过程。两个较轻的核在融合的过程中产生质量亏损而释放出巨大的能量。基本反应方程式为： D+T=He+n 为了实现可控核聚变，自五十年代起，各国的科学家开始不懈的努力。各种各样的聚变实验装置在世界范围内不断建立起来。研究比较成功的核聚变实验装置大致可以分为两种一种是磁约束可控核聚变装置（ 另外一种惯性约束可控核聚变 (磁约束可控核聚变的原理是设计实现 强大的磁场位形来约束并加热等离子体，使其碰撞实现聚变反应；而惯性约束聚变的原理是利用高功率激光轰击靶丸来实现聚变反应。目前普遍认为磁约束聚变的研究要领先于惯性约束巨变的研究。而在磁约束可控核聚变的研究领域当中，托卡马克装置是研究的主流（另外还有磁镜，仿星器，场反箍缩等研究装置） 1 从托卡马克到球形托卡马克 托卡马克装置英文为 来自俄文：环形（ 真空室（ 磁（ 线圈（ 最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的 阿齐莫维奇等人在 20 世纪 50 年代发明的。有的时候我们国家第 1 章 引 言 2 也把 置意译为“环流器”。 1954 年，第一个“托卡马克”装置在前苏联库尔恰托夫原子能研究所建成，并且实现了个别的聚变反应； 1970年，前苏联在另外一台“托卡马克”装置上第一次观察到了聚变能量的输出。 2006 年，国际热核试验反应堆（ 府间协议草签，标志这继国际空间站之后最大的国际科学合作研究项目正式开始。在此合作项目中，欧盟，美国，中国，俄罗斯，日本，韩国， 印度七方一共将投入 50 亿美元。 球形托卡马克（ 概念是由美籍华裔科学家彭元凯在 1986 年首次提出。球形托卡马克就是地环径比托卡马克，它和传统的托卡马克相比有着以下的特点：紧致的结构、自然拉长、大 加了环向场的效率，低环向场，大等离子体电流，顺磁性）、高 、高密度极限、更少的大破裂、更好的能量约束、可以达到改进的约束模式。较小的环径比导致了较强的耦合模式，尤其是在等离子体的外部区域。这可能会导致等离子体的变形。球形托卡马克的特点就是在较小的磁场中实现较大的等离子体压力 ，在适中规模的等离子体上实现较好的能量约束，自举电流比例较高，用较低的花费实现较高的能量密度。采用这类型的装置，可以在比传统的托卡马克装置规模小的多的条件下实现同样规模的聚变条件，其经济意义不言而喻 1 世界范围内的球形托卡马克有： 国）、 西）、 罗斯）、 本）、 国）、 国）、 国）、 国）、 国）、 本）、 本）、本） 第 1 章 引 言 3 图 世界范围 内的球形托卡马克 21 世界上部分球形托卡马克的主要参数（ 2001 年） 第 1 章 引 言 4 托卡马克诊断技术概况 托卡马克装置中的高温等离子体经历着十分复杂的运动和变化过程。它们在异常高温、高压（或者真空）和强而复杂的电磁场中产生各种复杂的磁流体运动过程，各种波和不稳定性。此外高温等离子体内部的各种各样的粒子存在着复杂的运动形式（比如湍流， 输运 ），还有粒子与电磁波之间的相互作用，等离子体和容器之间的相互作用。要实现可控聚变，首先要了解在托 卡马克装置中等离子体的物理过程。而诊断技术正是能够提供以上的这些有用的数据 5 托卡马克装置中高温等离子体的诊断方法可以分为两类，一类是被动地检测从等离子体内部射出来的一切物质（包括从微波到 X 射线的各种频区的电磁波，逃逸的原子、电子、中子、和其他的微粒子），以及等离子体在外部产生的磁场，从而推断高温等离子体内部的特性；另一类是主动地送入各种形式的探针，例如各种实物探针（静电探针、磁探针等）、微波探针、激光探针以及各种粒子探针等，他们深入等离子体内部，并根据它们和等离子体相互作用的特性来对高温等离子体 进行诊断 5 研究现状 分析研究磁约束装置中的等离子体的各种不稳定模式，找出消除和抑制这种不稳定的方法是磁约束等离子体研究中的基本问题之一。在载流等离子体中，其内部的许多宏观扰动都表现为等离子体电流密度的某种扰动模式，它所产生的磁场也随之发生相应的扰动，可以借助 感应式 磁探针 或者其他的 技术手段 对其进行检测。我们可以通过 内 外的磁探针来测量 等离子体 磁场的时空变化，从而测定与等离子体电流有关的扰动模式 5。 在托卡马克实验当中，所观察到的粒子和能量损失远远超过碰撞输运理论的预计。这种“反常输运” 通常认为是由等离子体内部存在的湍性涨落所引起的。这种湍流引起的输运通常分为两种极端的情况来进行研究：一种是静电湍流，即假设约束的磁场不变，而由振荡的电场导致输运；另外一种是磁湍流，也就是由等离子体电流的涨落引起约束磁场的涨落，这时的磁面可能已经被破坏。理论家们倾向于认为静电湍流对于反常输运的贡献是主要的。但是还需要进一步的实验结果的明确证明，有的装置上发第 1 章 引 言 5 现磁涨落引起的输运是主要的，而有些装置显示磁涨落对输运的贡献微不足道。现在的实验结果已经证明了在大环径比、低 的试验装置中，静电涨落是湍流输运的主要机制，磁 涨落要比静电涨落小两个数量级，因此可以忽略。对于低环径比、高 的装置，理论上认为磁涨落的大小应该是和静电涨落可以相比拟，至少不会相差两个量级。但是还没有充分的实验证据来证明这些说法。实验中的主要困难在于如何准确获取在高温等离子体内部的各种参量。因此，关于低环径比、高 装置上磁涨落对输运的贡献也还没有达到一个确定一致的结论7 磁诊断是几乎所有等离子体研究装置上一项重要的基本诊断方式，先前在 都进行过这样的诊断研究，并且得出了很多重要的研究结果。 1994 年 进行了快速磁探针诊断研究，发现在 q=2 的有理面上，径向热通量几乎完全是由磁湍流引起的，而在 r/a=%左右。 1995 年在 进行的磁涨落的研究，实验中发现涨落的水平在欧姆加热、粒子回旋共振加热以及低杂波加热的条件下和 线性正相关，也证实了磁湍流是决定整个约束时间的主要机制。目前世界范围内的球形托卡马克基本上都安装了磁测量系统，并利用所得到的磁场信息进行各种有特色的研究。比如： 用磁通量线圈 来研究重建磁场位形，将来准备实现对等离子体位形的实时控制 ； 用探针信号研究磁平衡重建 ； 析磁探针信号研究 稳定性以及 部重联）现象 。但是对于热等离子体的磁涨落的测量主要还是集中在边界部分，比如在1981）， 1987）和 1987）上曾经进行过涨落和约束时间的相关研究。在球形托卡马克装置上进行可移动式的磁探针诊断和相应的涨落研究 并不多见 111516。 另外，在分析方法的方面，各种托卡马克装置实验对于静电涨落和磁涨落的研 究各具特色。比如： 据 针得到的数据用双谱分析法研究等离子体边界的扰动 (1993)； 波分析研究 针得到的数据以及径向相关长度 (1996)； 叉双谱的方法研究不同频率间的相位耦合以及在 率附近产生的涨落 (2001) ； D D 分析湍流与低频涨落之间的非线性耦合 (2001)； 据 针得到的数据用双谱分析法研究两种涨落之间的非线性耦合 (2005) 以及用双谱的方法 研究悬浮电势涨落(2006)19202122232425。 第 1 章 引 言 6 与传统的低 托卡马克装置相比，高 的磁约束装置可能具有更大的磁场扰动。在很多的等离子体实验装置上都进行过此类的研究，比如反场箍缩（ 直线装置（ 等。在这些试验中发现磁涨落的主要分量是由环向的等离子体电流引起的极向场，并且磁场涨落带走主要的能量。球形托卡马克是一种高 的试验装置， 对于 其中的能量 输运 磁涨落也应该起着很重要的作用 7 但是，目前在球形托卡马克上，在磁涨落方向进行的研究还比较少。目前在 球形托卡马克装置 上 利用可移动磁探针做内部磁诊断以及 运用双 谱的分析方法进行过磁涨落的分析 也不多见 。因此，我们在 置上进行此方面的研究具有一定的创新意义。 课题工作 诊断系统包括电磁测量、辐射测量、信号隔离和数据采集几部分。作为边界诊断的有效手段， 本课题利用磁 探针系统对 离子体 内部及边界磁场 进行实验研究。内容包括： 测出非感应加热条件 下边界等离子体 的 极向 磁场强度 ，以及它们的径向分布 ；运用 “两点交叉相关法” 研究磁涨落 与湍流反常输运以及能量的相互关系 。 本论文的 具体工作包括以下 几 个 方面： 一、利用 测量系统获得 磁线 圈感应电压；二、通过数据处理获得 感应加热条件下的等离子体磁涨落量的径向分布；三、利用“两点交叉相关法”对磁涨落量进行分析，获得磁涨落量与湍流反常输运及能量的 相互关系，并与传统托卡马克以及球形托卡马克上的静电涨落分析进行对比。 论文内容安排如下第二章 简单 介绍我们实验的装置 三章集中说明磁测量系统的组成部分。 第四章简单介绍磁测量的相关知识。 第五 章介绍 “两点交叉相关法”的 波数谱 分析手段 。第 六 章给出 利用“两点交叉相关法”对 涨落的分析结果。第 七 章主要是对前面工作的讨论、总结以 及展望将来要开展的工作。 第 2 章 统 7 第 2 章 统 置简介 我国自行设计并建造的第一台球形托卡马克实验装置，也是我国在托卡马克成为主流磁约束聚变研究途径之后，首次开展非传统托卡马克途径磁约束受控核聚变研究。装置最初由国家自然科学基金委，清华大学，中国科学院物理研究所三家单位一起联合支持， 1999 年开始设计， 2002 年完成总装，并进行放电调试。 图 置图 置的总外径约 1.4 m，装置赤道面距离地平面 1.5 m，总高约 2.2 m。装置总重小于 1000 接由地面支撑。主要设计参数分别是：等离子体第 2 章 统 8 大半径 R 为 30 半径 a 为 23径比 A 然拉长比 0 处的最大环向场 ，最大的等离子体电流 50 和传统的托卡马克类似， 置 结构的主体也是由环形真空室和三组脉冲磁体（ 环向场线圈、欧姆加热场线圈和垂直场线圈 ）构成，如图所示。 图 面简图 环形真空室是由两个半壳与管状的中心柱经交叉氟橡胶圈密封而成，中心柱半径为 65 叉氟化橡胶密封 圈为整个真空室提供了沿环向和极向的真空密封和电隔离， 这种结构中断了真空室外壳上极向和环向的涡流回路，这将有利于节省等离子体启动过程中变压器磁通的消耗。 真空室材料是 304 不锈钢 。外壳直径 1.2 m、高度 m、厚度 6 心柱外径约 15 度 1 环向场线圈是一个螺线管，共 24 匝，沿真空室环向绕行，截面为矩形，第 2 章 统 9 它放电时产生托卡马克所需的环向磁场； 欧姆加热场线圈 (欧姆加热螺线管 ) 位于中心柱的空筒内， 高 1140 半径 45 半径 63 224 匝，它 放电时产生击穿工作气 体的环电压并产生等离子体电流；垂直场线圈共三对，关于真空室赤道面对称分布，水平环绕在真空室上，它放电时产生控制等离子体环的水平位置的垂直磁场。此外，在真空室顶端和底部还对称分布着两对补偿线圈，共同为欧姆感应加热螺线管的杂散磁场提供补偿。 置上已有的诊断设备 在等离子体实验装置中，电流的大小，分布，在等离子体内外的电场和磁场等等是实验的最基本的参数。对于这些参数的可靠的测量是做实验和理解实验中物理过程的基础。等离子体诊断设备是磁约束聚变研究装置的重要组成部分。在 置上面已经 安装的诊断设备有两对罗柯夫斯基线圈， 9 个通量环，静电探针， 8微波干涉仪，以及软 X 射线阵列 第 3 章 磁测量系统的建立 11 第 3 章 磁测量 磁测量概述 在 磁 约束热核实验装置中，存在强大的磁场，这些磁场是由外导体中或等离子体本身流动的电流所产生的。等离子体和磁场间存在着强烈的相互作用，人们就是利用这种相互作用来约束高温等离子体。等离子体中的磁场的位形决定了等离子体的约束特性 样，要完全地了解磁约束等离子体的运动规律，就必须研究其中磁场的空间分布及瞬时变化规律。因此在磁约束等离子体研究中，测量磁场的分布 是必不可少的。等离子体内部磁场的测定方法大致可以分为两类。一类是探针测量方法，其中最常用的是感应式磁探针。它的结构十分的简单，实验室可以自制；而且结构形式及放置位置十分灵活和多样化，可以根据不同的需要制成不同形式的探针，放置在空间的不同位置。用它可以得到大量有关的等离子体运动特征的信息，如等离子体电流、位移，磁流体不稳定性，以及逆磁效应等。此外，在早期研究工作中还曾用过磁电探针（如霍尔探针等），虽然它具有灵敏度高、响应频带宽等独特的优点，但由于它的结构比较复杂，需要大功率稳流源供电，而且它抗干扰、辐射、高温 的性能较差，因而近来在高温等离子体诊断中已经很少用了。另一类是光谱方法，即利用磁场对等离子体辐射的影响，例如赛曼效应、法拉第效应等，来测量沿观测方向上等离子体内的平均磁场。 等离子体是一团作各种复杂运动的粒子的集合。在磁约束聚变研究中，人们已探索出各种特殊的磁场位形，试图借助于强大的电磁力使高温等离子体约束在平衡并且稳定的状态中达较长的时间。然而至今我们还不能使这些等离子体的状态是完全稳定的，它还存在着种种不稳定的情况。磁测量是研究等离子体宏观不稳定性的重要手段之一。因为在等离子体当中，其内部的许多宏观扰动 都表现为等离子体内部电流密度的某种扰动模式，故它产生的磁场也将随之发生相应的扰动，可见可以借助磁探针对其进行检测。扰动模式不单一时，就需要对关联探针的输出信号进行相关分析，来推断 振荡 的模式。 第 3 章 磁测量系统的建立 12 磁测量原理 内部磁探针实际上是一个插入等离子体内部的小螺线圈线圈，它的工作原理很简单。根据电磁感应定律，当线圈所在的空间中磁场发生变化时，由于穿过线圈横截面的磁通 发生变化时，在线圈两端将产生一个感应电动势 e f f d t d t (3式中 B为探针所在空间磁感应强度 B 在线圈轴向的分量 ，S，N 为线圈匝数， S 为线圈横截面积， S 是引线和接头所形成的附加的杂散面积。将 积分就可以得到 B，公式为 810e f v o l t (3式中 V 为实验所测得的 磁场线圈感应电压 ， 积分常数。 由此可见感应磁探针只能用来测量瞬变磁场，而不能测量静磁场。 第 3 章 磁测量系统的建立 13 第 4 章 磁测量系统 磁探针 磁探针骨架材料是聚四氟乙烯，（如图）。骨架大小为 10 10 10 线采用直径为 漆包线。绕在内部圆柱体的线圈测量的极向（外部磁力推杆旋转 90即为环向）的磁场，其横截面积约为 18 在外部的线圈是测量径 向的磁场，其横截面积约为 52 外线圈都均匀密绕200 匝。 一组（ 4 个）磁探针绕线完成之后，用特制胶固定在 140 10 2 邻探针之间的距离为 30 个探针和支板与外部的磁力推杆固定。支板外面套有内径为 17.5 不锈钢薄套管，来保证探针不受高温的等离子体的侵蚀。不锈钢套管沿轴向上下切割开一对狭缝，使磁场能够进入到其内部区域。 图 磁探针线圈骨架图 第 3 章 磁测量系统的建立 14 图 磁探针实物图 外部装置 在中平面可以自由实 现径向的进动以及沿磁力推杆轴线的转动。从而测量的径向磁场以及环向和极向的磁场。 第 3 章 磁测量系统的建立 15 图 外部磁力推杆 数据采集系统 流程图如下图所示。 第 3 章 磁测量系统的建立 16 图 磁测量系统数据流程图 磁探针信号经磁力推杆下方的密封接口分组导出到接线板。然后以双绞线连接到一组有源积分器，（电路图如下 图 示，积分常数为 1 积分后的信号通过数据采集卡采集到工控机。 第 3 章 磁测量系统的建立 17 V C e y = A 10k 50%568u F - P O 7u F - P O 2 7图 有源积分器电路图 采集频率为 2 12 分辨率。 第 3 章 磁测量系统的建立 18 表 磁测量系统接线表 使用数据采集格式转换软件 (可以方便地将每一次实验的数据转化为易读的 件。其界面如下图所示 : 图 格式转换软件界面图 磁探针编号 磁场方向（推杆初始位置） 探针中心位于真空内壁面时推杆刻度（ 接出线号 采集线号 采集箱号 采集通道 积分时间（ 纵轴单位（ V/ 纵轴单位（ 绕线匝数 向 396 01 01 1 00 向 396 02 03 2 00 向 426 03 04 1 00 向 426 04 09 2 00 向 456 05 014 2 00 向 456 06 015 2 00 向 486 07 27 200 向 486 08 44 200 第 3 章 磁测量系统的建立 19 探针的真空预处理 件 由聚四氟乙烯以及不锈钢套管制成的磁探针本身吸附了很多空气中的氮气，氧气已及其他的杂质气体，这些杂质将是 空的主要气源。所以磁探针不能够直接就进入到真空室进行实验测量。必须先经过真空室外的空间释放这些吸附的气体才能进入 真空室。单纯的用真空泵抽气，解吸及扩散到表面再解吸气体的衰减速率非常的缓慢。一台金属密封的不烘烤的真空系统，要达到超高真空（低于 10a）下平衡的放气水平，需要大约 108 小时。我们采用烘烤的手段来加速气体的扩散和解吸，就可以在短时间内使吸附在探针系统的杂 质气体衰减到我们真空系统可以接受的水平（ 10a） 26。 置在真空室外壁采用了 件烘烤方案，我们在磁探针进入真空室前也同样采用这样的方法，来释放探针吸附的气体。正温度系数电阻（ 件电阻 为居里点（ 在温度达到居里点以后，其阻值急剧增加，电阻率温度系数可以到达（ 15% / 以上。利用这一特性可以实现对小真空室的恒温加热自动控制 26。 件贴片先固定在一片光滑的薄铜板上，然后再将铜板紧紧贴在小真空室的外壁，它从电路分压 中得到电功率（ 发热并把热量传导给铜板和真空室。 件在常温时电阻很小，随着温度的升高，电阻开始增大。在温度达到居里点的温度（ 后，电阻急剧增大。 第 3 章 磁测量系统的建立 20 图 片电阻与光滑薄铜板的连接图 当温度为 件热源对真空室供热时，有 式中 件到真空室表面的热导系数，包括了 安装结构间的接触热导、安装结构的热导、安装结构与真空室间的接触热导；真空室表面（与安装结构接触部分）的 温度 26。 这样的烘烤系统的自然最终平衡烘烤温度（ 决于系统的漏热（ 当它与 当时的温度即为 统的漏热功率 它是通过漏热热导系数漏放到室温体系中去的热量。这是一个极复杂的综合量，包括了种种传到室温表面的过程（如经过保温层、法兰连接管道等等）及室温表面的散热过程（如对流、辐射）。 与在真空室外的烘烤设备一致，我们同样选取了居里点为 160的件。其电压 第 3 章 磁测量系统的建立 21 图 压电流曲线图 通电之后，当电压较低时，由功耗引起的温升很慢，工作在 ；调高电压，增大功率，当温度达到居里点以后，由于正温度系数的调节效应，进入等功率段（ 增加电压对功率影响不大。我们使用 片电阻做热源，工作点是在 ，其功率大约是在 10 之间。 考虑到磁力推杆外壁的形状，我们的烘烤 片电阻分为两组，一组六个，一组三个，分别用导热导电胶固定在打磨光滑的薄铜片上。然后用细铁丝将薄铜片紧贴固定在磁力推杆的外壁。如下图所示。 片电阻的两面就是电阻的两极，其中 一面用导电胶贴在薄铜片上，和真空室外壁（接地）是连通。为了保证电路的连通，我们将打磨光滑的薄铜片剪切成为略小于 小圆片，用导电胶贴在 片的另一极。将导线焊接到铜片引出，从而完成了电路的连接。 导热导电胶是一种加热后凝结固化的特种胶，价格不菲，我们在实验的过程中发现在将 件粘贴在铜片上时，必须同步一起加热。也就是说我们要同时将一组 件用导电胶和铜片固定起来。实验中因为胶体在常温下过于稀释，常常会出现，胶体将 件两极连接起来的情况。另外在 件第 3 章 磁测量系统的建立 22 的每一面涂多少导电胶也有讲究，涂得 过多，或者导致两极短路，或者导致导电胶过多而短路，涂得过少则会出现粘结不牢靠，铜片和 易分离的情况出现。 在 片电阻安装好了之后，还要在其外面裹上保温材料来保温，减少 件和室内空气的热交换，增加加热的效率。在这里我们就用了普通的棉被来做保温的材料。 烘烤电路 我们两组的 片电阻均是并联，电压范围是 0们用华通机电有限公司的变压器（输出电压范围是 0 ）来为 片电阻提供 110 V 左右的电压。在并联每一路 串联了 按钮开关、 保险丝以及 用于显 示状态的小灯。在实际操作中，我们先开启一路 片电阻，用感应电流表测得其电流减少到 左右时，再开启下一路，以此类推，将所有的 入电路。 其电路以及实物如下图所示。 第 3 章 磁测量系统的建立 23 图 辅助烘烤设备 (变压器以及开关部分 ) 在 片电阻 辅助 烘烤的 帮助下 ，磁探针所在的外部磁力推杆的小 腔体内的气压在 机械泵和离子泵的作用下 一天之内就可以降到到 10a，而真空室的气压一般在 4 1010a。此时就可以开启连接磁力推杆小腔体和真空室的阀门，使得磁探针