hl-1m裝置撕裂模不穩(wěn)定性的相位比對法研究

1、第 2 4 卷 第 4 期 2004年 1 2月 核 聚 變 與 等 離 子 體 物 理 N u c l e a rF u s i o na n dP l a s maP h y s i c sV o 1 ． 2 4 ，No ． 4D e C．20 04文章編號 ： 0 2 5 4 — 6 0 8 6 ( 2 0 0 4 ) 0 4 — 0 2 8 5 — 0 6H L ． 1 M 裝置撕裂模不穩(wěn)定性 的相位 比對 法研 究 趙開君 ，

2、 嚴龍 文 ， 楊青 巍( 核工業(yè) 西南物理研究 院 ， 成都 6 1 0 0 4 1 )摘 要 ： 采用 相位 比對 法模擬分 析 了 H L - 1 M裝 置的磁擾 動模 式 ， 模擬 結果 同預 期 的一致 。在 具有 撕 裂模 不穩(wěn) 定性的典 型放 電中 ， 探測 到獨立模 m =2 、 3 、 4 ， 耦合模 m =2 、 3 ， 并與用 空間傅立 葉分析方 法得到 的擾 動模式 的分 析結果進 行 了比較 。討論 了這 些方

3、法在 實驗分析 中的可行性 和有效性 。關鍵 詞 ： 撕 裂模 不穩(wěn) 定性 ； 擾動模式 數(shù) ； 相 位 比對法 ； M i r n o v 探針 中圖分類號 ： 0 5 3 6文獻標識碼 ： A1引 言 撕裂模首次在托卡馬克裝置 r I 3上實驗觀測到 ，已對它進行 了廣泛 的理論和實驗研究 。在托卡馬克 等離子體放電中 ， 撕裂 模的 出現(xiàn)對等離子體 約束 具 有重要的影 響?。較高極 向模數(shù) 的撕裂模 (>2 )可以使約束變

4、壞 ， 而 =2 、 I 1 , ： l 的撕裂?；蚨鄠€ 不同的極 向或環(huán) 向模式 同時出現(xiàn)往往引起約束嚴重 變壞或直接導致放 電破裂 ， 或者通過 與外部電阻壁 相互作用而引發(fā)鎖模不穩(wěn)定 性大破裂 ， 故對 撕裂模 的研究是聚變研究的重要課題之一 。由于撕裂模 的危 險性 較大 ， 因此在實 際中要盡 可能抑制 或避 免它 。在 托卡 馬克裝 置 T F R 、 T E X T 、J F I “ ． 2 M、 T ． 1 0 上 已

5、用 電子 回旋共振加熱 ( E C R H ) 有效 地抑制 了 r f l , ：2 、 n= 1 的撕裂模 。 數(shù)值模擬實驗 表明把擾動場的傅立葉分量反饋到環(huán) 向場能夠抑制 r f l , =2 、 n= 1 的撕裂模 。在孔欄位形 的托卡馬克裝置上 ， 對 于極 向均勻 分布 的磁探針可采用空間傅立 葉分析方法分析擾動 模式 。在 H L - 1 M裝置上 ， 已利用空 間傅立 葉分析 在 同一時間 內(nèi)分析 出兩種或兩種 以上 的

6、模式(r f l , ≤5 )， 顯示 了該 方法具有好 的適用性。在偏 濾器托卡 馬克裝置 A S D E X上 ， 已采用相位 比對法 分析 了撕 裂模的極 向模數(shù) 。在托卡馬克裝置 A S D E X ． U上 ， 通 過擾動場的模擬與用米爾諾夫探針測量信號的比較 分析表明具有頻率相同的兩種或兩種 以上模式 的耦 合 。文 中采用空 間傅 立葉分 析法 、 相位 比對 法對 H L ． I M裝置上的磁擾動數(shù)據(jù)進行 了分析。并對相

7、位 比對法做 了改進 ， 改進后該方法可以分析耦合模。2 探 針布置及模式分析法原理 H L ． 1 M裝置上米爾諾夫磁探針陣列 的極向布置 如圖 1 所示。環(huán) 的大半徑為 R=1 0 2 c m， 小半徑為 n= 26Cm， 真 空 室 波 紋 管 外 壁 的 小 半 徑 為 b=3 4 ． 5 c m 。 在該裝置 的一個環(huán) 向位置上沿外 壁極 向均 布 1 6 對磁探針。1 號磁探針位 于中平 面的外側( 即弱場側) ， 5 號磁

8、探針布在環(huán)的頂部 ， 9 號磁探針位于 中平面 的內(nèi)側 ( 即強 場側 ) ， 1 3號磁 探針 在 環(huán) 的底部。磁探針 角度 間距 為 2 2 ． 5 。 ， 該 陣 列可 以分析 r f l ,≤ 8的極 向模數(shù)。實驗過程 中 ， 磁探針 信號的采集 頻率通常為 2 0 k H z 。在托卡馬克等離子體 中， 通常米 爾諾夫振蕩是 由在有理面附近產(chǎn)生和發(fā)展的撕裂模及其磁 島沿環(huán) 收稿 日期 ： 2 0 0 3 — 0 4 — 2 3

9、 ： 修訂 日期 ： 2 0 0 4 — 0 3 — 3 1基金 項 目： 國家 自 然科 學基金 資助項 目( 1 0 1 7 5 0 20 ， 1 9 8 8 9 5 0 4 )作者簡介： 趙開君( 1 9 6 9 一) ， 男 ， 四川省萬源縣人 ， 碩士研究生， 主要從事托卡馬克等離子體磁流體不穩(wěn)定性研究。維普資訊 http://www.cqvip.com 第 4 期 趙 開君等 ： H L - 1 M裝 置撕裂 模不穩(wěn)定性

10、的相位 比對法研究 5t ／ ms圖 2 相位 比對 法模擬 分析磁擾動 模式 圖中 B O O —B I 5 是 1 —1 6 號探針 的信 號， B I 6 是 1號探針的信 號。a —— 模式 m =3 ． b —— 耦合模 m =2 ， 3 。日( t )=0 ls i n [ 2 ( 0—0 ． 3 s i n 0 ) 一l t +0 1 ]+／ 2 , 2 s i n [ 3 ( 0—0 ． 3 s i n 0 ) 一2 t

11、 +0 2 ]( 9 )式 中， o 。 、 o、。 。 、∞為常數(shù) 。 圖中的等相位 的連線 發(fā)生 了彎折并 出現(xiàn)了兩條分支 ， 折線 1 和折線2 分別 對應于模式 m =2 和 m =3 。3 實驗結 果 的模 式分析 下面就磁擾 動的獨立模 、 多模 和耦合模 的實驗 結果分別 進行討論 。獨立模 是 指存 在一 種 主要 模 式 ， 它的振幅與其它模相 比要大得多 ， 多模是指多種 模式在 同一時間段 內(nèi)同時存在但 頻率不 同

12、， 而耦合 模指的是 同時 出的擾 動頻率 相 同的 多個不 同模 式 。3 ． 1 獨立模分析 在這里 ， 首先分析獨立 模 的情形 。獨 立模分析 相對簡單 ， 理論上處理 也 比較容 易。在 實驗 中得 到的信號常常是多個 模式與噪音 信號 的疊加 ， 這給模 式的實驗分析帶來 了困難 ， 因而采用 多種方法來 分 析擾動模式是十 ， 必要的 。a 廠 ＼fm= ： 4 ． 5m- 2Dj一m = 2． 3．1■ ’II |

13、 一一●一． J- ’一 ’ I ‘ t 1J p l —C：J．j’，。 t ● - ．．．■ ‘，2 0 0l4 0 u6 0 08 o o’ o／＼Jd ， ▲ ． ? ? ． ． · - ‘ II I ～ - 一O1 r ’ T ' 1 - 一’ ’ T r 一 ’53日刖 萬 IO●3L● _ _ ● ? - 6圖 3 第 3 0 6 0 次放 電分析 a —— 環(huán)電 流 ，． b —— 第 2號探 針信

14、號 及分 析 結果 ；c— — 從 上至下 曲線依 次表示空 間傅立葉分 析 n t =5 、 4 、 3 、2 模 式的幅值 ； d 、 e 分另 Ⅱ 是 t =2 5 04 0 0 m s 的擾動幅度及 相位 比對 法分析的模式數(shù) 。圖 3 給 出了第 3 0 6 0次放 電的分析 結果及 空 間傅立葉分析法示意 圖， 和本次放 電在 2 5 0～ 4 0 0 m s 期 間采用相位 比對法 分析擾動模式 的展開 分析結果。圖 3