EAST托卡馬克電子密度分布反演研究.pdf

1、對于核聚變等離子體物理實驗而言，電子密度是其重要的參數(shù)之一，它的分布和幅度不僅能夠反映裝置的實驗?zāi)芰σ约斑\行狀況，而且對于理解等離子體平衡、約束特性以及MHD(magnetohydrodynamic)不穩(wěn)定性也是非常重要的。
　　遠紅外激光干涉儀和微波反射儀是測量等離子體線積分電子密度值和密度剖面常用的手段，目前已經(jīng)在許多大型裝置上成功應(yīng)用。前者是根據(jù)電磁波在真空中和在等離子體中傳播時具有不同的折射率，通過測量和比較電磁波在真空中

2、和等離子體中傳播相同光程所引起的相位差，繼而計算該道激光弦上的線積分電子密度值;后者是根據(jù)雷達的原理，在非均勻的等離子體中，通過測量微波在經(jīng)過等離子體反射后產(chǎn)生的相位延遲來計算每個位置處等離子體的密度，繼而得到密度剖面。
　　遠紅外激光干涉儀測得的是不同位置處的線積分密度值，微波反射儀測到的是中平面處邊界的密度剖面，所以要想得到等離子體的整體密度剖面，還需要結(jié)合相關(guān)診斷的數(shù)據(jù)進行適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理，即密度分布反演方法。常見的密度反演方

3、法有Abel反演、分離變量法、切片法、奇異值分解法、Park矩陣法等，每種方法所需要的密度診斷數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)處理的繁簡程度都不一樣，所能應(yīng)用的范圍也各不相同。本文考慮到EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)裝置自身診斷系統(tǒng)的特點，將微波反射儀系統(tǒng)和遠紅外激光偏振干涉儀系統(tǒng)（polarimeter/interferometer, POINT）的數(shù)據(jù)進行校準(zhǔn)后再結(jié)合起來，在校準(zhǔn)過程

4、中，我們探索了一種可以將反射儀數(shù)據(jù)換算成不同位置處干涉儀數(shù)據(jù)的方法，得到了干涉儀尚未覆蓋區(qū)域的線積分電子密度值。在相鄰磁面間電子密度值相同的前提下，將等離子體以中平面為界線一分為二，根據(jù)EFIT(equilibrium fit)提供的磁面坐標(biāo)信息和線積分電子密度值，對兩部分等離子體分別從最外層磁面開始，逐個向內(nèi)計算每一個區(qū)域的等離子體電子密度，最后得到整個等離子體的密度分布，即密度剖面。根據(jù)該方法已成功反演出EAST多種位形下的密度剖面

5、。
　　對于反演所得到的密度剖面，考慮到作為輸入變量的5道POINT數(shù)據(jù)以及EAST上現(xiàn)有一套三道垂直測量的HCN干涉儀系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，我們分別根據(jù)這兩個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對反演結(jié)果進行了誤差分析。首先在計算兩部分等離子體每個區(qū)域的電子密度時，最內(nèi)層磁面的密度值會被計算兩次，如果兩次計算的值相差超過3％，則需要對磁面坐標(biāo)進行調(diào)整，使誤差滿足要求。然后將得到的密度剖面按照實驗測量道位置的坐標(biāo)進行積分，得到積分值與實驗測量值進行比較，如果誤差在5