EAST电磁测量综述.ppt

1、EAST电磁测量综述,电磁测量是关系到EAST装置运行和控制,要求较高精度的基本诊断之一,它在整个系统中的作用如下: 测量等离子体宏观放电参数。 为实时控制系统提供等离子体电流，位形，电流分布，以及破裂等实时控制和其它控制、保护所需要的各类信号。 判断各种MHD行为。 各种瞬态的电磁现象以及各个场的电流和场型。,等离子体磁场测量方法,等离子体和磁场间存在强烈的相互作用，等离子体中磁场的位形决定了等离子体的约束特性宏观平衡和不稳定性等，等离子体中的磁场测量有光谱法和探针法，光谱法利用磁场等离子体辐射的影响来测定沿观测方向上等离子体内的平均磁场；探针法用来测量等离子体外部磁场。这里主要讨论探针测量

2、方法，用它可以得到大量的有关等离子体运动特征的信息，如等离子体电流、位移、逆磁效应等。,下面是各类电磁测量探针的设计原理和在真空室内情况介绍：,小探针和单匝环：测量位形，环电压，X点，极向和环向MHD行为 罗柯线圈：测量等离子体电流 鞍形及锁模线圈：测量局部磁通和锁模现象 逆磁线圈：测量内能，BETAP等 局部罗柯：测量HALO电流,1、小探针和单匝环线圈,根据电磁感应定律，当线圈所在空间中的磁场发生变化时，穿过线圈横截面的磁通发生变化，在线圈两端将产生一个感应电动势，=-d/dt=-Seff dB/dt 对经过积分计算后，获得极向磁场和磁通，通过反演计算可以获得等离子体位形以及精确的X点。

3、微分信号可以用来分析MHD行为，获得详细的极向和环向模数。 直接测量获得环电压,30 个两维探针在内真空室壁上。 8 个两维探针在限制器后。 （极向和径向，环向三组） 用于测量极向磁场以及极向MHD行为的研究 37 个单匝环在内真空室壁上。 （除上下及水平窗口区域外） 用于测量极向磁通 以上两种探圈主要用于等离子体位移和形状反馈 16 个一维极向布置在内真空室水平赤道面上。（窗口间隔） 用于环向MHD行为的研究,2、罗柯线圈,沿大环三组测量等离子体电流 在内真空室外的夹层中添加一组用来测量真空室环向电流 在极向场线圈电源回路上测量极向场线圈电流,工作原理,待测的脉冲电流在线圈周围空间产生瞬变的

4、角向磁场，使穿过线圈的磁通发生变化，从而在线圈两端产生感应电动势，对托卡马克这样的慢反应装置，可以得到 -EI=MdI/dt，因此测出EI的波形就可以得到I的波形。 注意：在托卡马克上，沿着环电流方向有一个强大的纵磁场也会穿过环形的罗柯线圈，产生感应电动势，我们为消除这种干扰，常把线圈绕线的终端穿过各匝线圈引回起始端，即沿螺线管大环绕一条返回线。,3. 鞍形及锁模线圈,用于测量上下及窗口位置的局部极向磁通，用于反演计算。 （无单匝环处） 结合极向小探针分析锁模现象。 上下窗口处每组五个，均匀分布在窗口区域。赤道面上一个，沿赤道面严格对称。如右图。 沿大环布置4组。,4. 逆磁和补偿线圈,沿大环

5、布置三组，每组分别包括逆磁和补偿线圈，整体安装在真空室内部。位置需调整至严格垂直纵场。 逆磁和补偿线圈可以为一匝或多匝，要求安装在一个骨架的两面，保证其相互平行;骨架为真空室的D型，开槽安装线圈，分段采用无磁不锈钢，段与段之间陶瓷连接以绝缘。,逆磁测量原理：,等离子体中的带电粒子在磁场中要做拉摩旋转，形成的小电流圈相当于一个小磁偶极子，它的磁矩 m =iS=（v/）2（q/2）=me v2/2B,方向反平行于原磁场B，而与粒子电荷方向无关，所以等离子体总是具有逆磁性，因此单位体积等离子体中磁矩之和M（即磁化强度）及由此所产生的附加逆磁场B为 M=mi=E/B,B=0M 其中，E为单位体积内所具

6、有的垂直于磁场方向的热运动动能，如果能够测出逆磁场或者由逆磁场产生的磁通的变化，就可以求出粒子的横向平均内能。,在托卡马克装置中，主要的外加磁场是分布在环形真空室外的纵场线圈所产生的环向磁场B，而等离子体电流本身也产生角向磁场B ，它们的合力磁场的磁力线是螺旋形，因此等离子体的电流线也呈螺旋形，即它除了大的纵场电流外，还具有角向分量I 。这样，除了逆磁效应产生纵场的改变外， I也会产生附加的纵场变化。由等离子体小半径方向的零级压力平衡方程，可以求出由于等离子体存在而产生的纵向磁场的磁通量变化，进而确定等离子体的横向内能或角向压强比值。 注意：逆磁通只占总纵场磁通的10 -310 -4量级，信号很小，容易被误差场的信号淹没，对测量的精确度要求很高，因此要采用逆磁线圈和补偿线圈相结合的方式,5. HALO 电流的测量,在上下偏滤器的真空室支撑结构上绕之局部的罗柯线圈来测量HALO电流。 结构如右图所示，必须清楚了解偏滤器附近真空室的内部结构来确定罗柯线圈的安装位置 在不同的环向位置安装四组，每组根据上下偏滤器结构决定线圈