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HT-7超导托卡马克NBI离子源的弧放电特性控制研究,是基于PLT双潘宁离子源建立起来的。文章介绍了NBI束线的离子源、真空室主体、供电电源、控制与测量系统的组成结构,根据PLT双潘宁离子源的气体放电及离子光学特性,着重研究了离子源的弧流脉冲电源、阴极灯丝电源、约束磁场电源、进气压强等各项技术参数,对离子源弧放电性能的控制作用和影响。针对离子源放电实验中弧流与灯丝电流相互影响的现象,通过离子源电路理论分析以及系统短路容量的计算,给出了电源系统电压降能够满足离子源放电要求的结果。
文章还分析了离子源中功率最大、最关键的PWM弧流电源的动态特性,通过系统建模和Matlab仿真,对离子源在不同运行模式下放电动态特性对输出电流特性的影响进行了仿真计算。实验结果表明,弧流电源控制系统能够满足离子源放电性能的要求。文章在启动PLT离子源大抽速低温冷凝泵运行下,在真空室内建立起较低的动态压强进气抽气的平衡状态,开展离子源高参数弧流放电调试的实验研究,通过优化离子源起弧参数,得到了强弧流短脉冲放电模式和低弧流长脉冲放电模式,运用多元非线性回归分析方法,建立相应的效应方程,达到了获得高参数起弧放电的目的。
文章基于上述研究的离子源弧放电模式的结果,应用在HT-7托卡马克DNB诊断中性束注入装置上,开展了离子源引出束功率、束密度分布及束对中调整的测量技术的研究。利用热截止靶原理建立了束流功率测量靶和准直测量靶系统,结合光谱仪对照数据对束线系统进行了准直对中调节,获得了较好的调整效果。采用智能化分布式测量模块,以及基于以太网客户/服务器的体系结构,实现了在复杂电磁场干扰的实验环境下,远程分布式热电偶测量与数据传输系统稳定可靠工作的要求。在HT-7超导托卡马克物理实验中,DNB中性束注入系统结合CXRS电荷复合交换光谱已经成功地测量了托卡马克等离子体离子温度等参数。
文章的研究结果对于今后开展EAST超导托卡马克NBI强流离子源起弧放电的控制研究,以及离子源引出束品质的测量技术研究方面,都具有重要的实验指导意义。