等離子體微波特性及微波診斷方法研究.pdf

1、本論文主要研究了等離子體的微波特性以及幾種新型的微波診斷方法。在等離子體微波特性研究方面，我們對微波在等離子體中的傳播特性進行了理論分析和數(shù)值計算，并在此基礎(chǔ)上展開了實驗研究；而在微波診斷方法研究方面，我們對等離子體吸收探針、微波截止探針和微波反射計分別進行了理論分析和實驗研究，并對這些診斷方法進行了優(yōu)化和改進。
　　 本論文首先采用拋物線型分層模型對等離子體與微波的相互作用進行了理論分析，獲得了微波在非均勻等離子體中傳播時的反

2、射系數(shù)與吸收系數(shù)的理論模型，并對這個模型進行了典型參數(shù)的數(shù)值計算，計算結(jié)果表明，高密度、強碰撞的等離子體對在其中傳播的微波有明顯的吸收效果。相關(guān)的實驗研究是在等離子體微波特性實驗室中進行的，實驗結(jié)果表明，等離子體覆蓋可使等離子體目標反射系數(shù)在2～18GHz頻率范圍內(nèi)減小10～20dB，這個結(jié)論與理論分析結(jié)果一致。此外，我們在微波暗室環(huán)境中利用脈沖壓縮雷達反射法對復雜背景等離子體目標進行了密度剖面測量。
　　 本論文在不采取準靜電

3、近似的前提下，對標準型等離子體吸收探針(PAP)進行了理論分析，提出了表面波色散關(guān)系的電磁理論模型，并通過實驗研究和數(shù)值模擬對此模型進行了驗證分析，兩方面的結(jié)果都驗證了PAP的表面波電磁理論模型是有效的?；谝陨侠碚摲治鼋Y(jié)果，我們提出了一種新型的PAP結(jié)構(gòu)——電磁PAP。此外，我們還對敏感型PAP的鞘層效應對等離子體密度測量結(jié)果的影響進行了實驗研究，提出了雙功能PAP的測量方案。這種PAP同時具有靜電探針和敏感型PAP的功能。利用雙功能

4、PAP的雙重功能可在進行電子密度測量之前完成鞘層厚度的標定。這對于降低數(shù)據(jù)處理過程中因不準確的預設鞘層厚度值引起的測量誤差而言是很重要的。
　　 本論文提出了一種用于等離子體密度測量的新方法——微波截止探針。它的測量原理是基于微波在等離子體中所發(fā)生的截止現(xiàn)象。我們首先對微波截止探針的測量原理進行了理論分析和數(shù)值模擬，兩方面的結(jié)果均表明，微波透射系數(shù)頻譜數(shù)據(jù)的臨界點所對應的頻率值即為接收天線所處位置的等離子體頻率。所以只需從實驗上

5、測得入射微波在等離子體中的透射系數(shù)頻譜數(shù)據(jù)，即可從中確定測量點的等離子體頻率，并利用等離子體密度與等離子體頻率之間的關(guān)系獲得電子密度值。實驗研究中，通過改變等離子體參數(shù)研究了微波截止探針的適用范圍。實驗結(jié)果表明，微波截止探針可用于大參數(shù)范圍的等離子體電子密度診斷。
　　 本論文研究和分析了用于EAST托卡馬克等離子體密度剖面診斷的頻率調(diào)制反射計的研制。為了綜合利用尋常波模式和非尋常波模式各自的優(yōu)點，本系統(tǒng)采用雙線極化的測量模式，

6、可同時進行尋常波截止和右旋截止反射信號的測量。對于一定頻率范圍的微波源而言，這種極化方式可擴大微波反射計可測等離子體密度范圍。為了保持測量數(shù)據(jù)的信息完整性，本系統(tǒng)采用數(shù)字檢波方案，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄中頻信號波形數(shù)據(jù)，之后可利用數(shù)據(jù)處理方法對此進行相應的數(shù)值分析，常用的數(shù)據(jù)處理方法有最佳路徑方法、突發(fā)模式分析方法和自適應時頻分析方法等。
　　 本論文工作得到國家自然科學基金(Nos.10675121，10705028&10605