Автореферат (1091232)
Текст из файла
На правах рукописиХАРЧЕВСКИЙ АНТОН АЛЕКСАНДРОВИЧСИСТЕМА ДОППЛЕРОВСКОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ ДЛЯСТЕЛЛАРАТОРА В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОЙ МОЩНОСТИ ЭЦРНАГРЕВАСпециальность: 01.04.03 РадиофизикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учѐной степеникандидата технических наукМосква2017Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственномбюджетномобразовательномучреждениивысшегообразования«Московский технологический университет» (МИРЭА) и Федеральномгосударственном бюджетном учреждении науки Институте общей физикиим.
А.М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН).Научный руководитель:д.ф.-м.н. проф. Скворцова Нина Николаевна,профессор кафедры №343 «Моделированиерадиофизических процессов» Московскоготехнологического университета (МИРЭА)Официальные оппоненты:д.ф.-м.н. с.н.с. Мельников АлександрВладимирович, ведущий научный сотрудникБлока термоядерных исследованийКурчатовского ядерно-технологическогокомплекса НИЦ «Курчатовский институт»,г. Москвад.ф.-м.н. с.н.с. Кралькина Елена Александровна,ведущий научный сотрудник кафедрыфизической электроники Московскогогосударственного университетаим.
М.В. Ломоносова, г. МоскваВедущая организация:Национальный исследовательскийуниверситет «МИФИ», г. МоскваядерныйЗащита диссертации состоится «01» декабря 2017 года в 15.00 назаседании диссертационного совета Д 212.131.01 при ФГБОУ ВО«Московский технологический университет» (МИРЭА) по адресу: 119454,г.
Москва, просп. Вернадского, д. 78, ауд. Б-412С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московскоготехнологическогоуниверситета(МИРЭА)инасайтеhttps://www.mirea.ru/science-and-innovation/dissertation-tips/dissertationalcouncil-d-212-131-01/Автореферат диссертации разослан «____» _________ 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.131.01кандидат технических наук, доцентСтариковский А.И.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы диссертации.Радиофизические методы являются основой микроволновыхдиагностик плазмы, таких как: интерферометрия, рефлектометрия,коллективное и Томсоновское рассеяние. Эти диагностики являютсябесконтактными, что определяет их широкое использование применительнок высокотемпературной плазме, в частности, в установках управляемоготермоядерного синтеза (УТС).
Микроволновая диагностика допплеровскойрефлектометрии предназначена для исследования флуктуаций плотностиплазмы и измерения скорости еѐ движения в установках магнитногоудержания плазмы. Для своей реализации диагностика требует создания ивнедрения специально разработанных и/или адаптированных радиофизических стендов.Целью создания установок магнитного удержания плазмы являетсядостижение управляемой термоядерной реакции. Для передачи энергииплазме и достижения высоких температур на многих тороидальныхустановках магнитного удержания плазмы применяется электронноциклотронный резонансный (ЭЦР) нагрев с использованием мощных СВЧгенераторов – гиротронов.
Существующие комплексы для ЭЦР-нагревавключают в себя от двух (стеллараторы TJ-II, Л-2М) до 8 импульсныхгиротронов (стелларатор LHD, токамак ASDEX и др.), мощностью донескольких МВт и длительностью импульсов от десятков миллисекунд досотен секунд. В строящемся токамаке-реакторе ITER (InternationalThermonuclearExperimentalReactor)предполагаетсяиспользоватьгиротронный комплекс с мощностью до 24 МВт и длительностью импульсадо 1 часа.Частоты греющих плазму гиротронов лежат в СВЧ диапазоне от 53 ГГц(TJ-II) до 170 ГГц (ITER). С ростом мощности дополнительного ЭЦР нагрева,даже при большом поглощении (от 80-90% от вводимого излучения насовременных тороидальных установках до 50-60% ожидаемого на ITER),абсолютные значения непоглощенного излучения в этом диапазоневозрастают.
Высокий уровень СВЧ помех может помешать работедиагностик плазмы, работающих в близком к частоте накачки энергиидиапазоне частот: интерферометров и рефлектометров.Диагностика допплеровской рефлектометрии базируется на двухрадиофизических методах: рефлектометрии (отражения от закритическогослоя плазмы) и коллективного рассеяния (обратного допплеровскогорассеянияот плазменных флуктуаций).
К настоящему временидопплеровская рефлектометрия успешно применяется на целом рядетороидальных установок УТС: токамаках ФТ-2, ТУМАН-3М, ASDEX,Глобус-М и стеллараторе TJ-II. Допплеровская рефлектометрия являетсяосновным способом регистрации полоидального вращения плазмы3(связанного с радиальным электрическим полем), и низкочастотнойплазменной турбулентности вблизи крайней замкнутой магнитнойповерхности плазмы.Ввод в эксплуатацию нового комплекса микроволнового нагреваплазмы МИГ-3 на стеллараторе Л-2М показал, что возрастающийэнергетический вклад в плазму электромагнитного электронноциклотронного излучения на частоте 75 ГГц приводит к отказу работыдиагностической системы допплеровской рефлектометрии из-за зашумленияприѐмных детекторов непоглощѐнным в плазме греющим гиротроннымизлучением.Возникла необходимость в создании диагностики допплеровскойрефлектометрии для стелларатора Л-2М, позволяющей проводить измеренияв условиях помех для диапазона частот 30-40 ГГц.
Кроме того необходимобыло создать систему сбора и программы обработки сигналов с учѐтомособенностей и длительности разряда в плазме стелларатора Л-2М.Данная работа посвящена разработке и созданию системыдопплеровской рефлектометрии для стелларатора Л-2М, позволяющейпроводить измерения флуктуаций плотности плазмы в условиях импульсногоэлектронно-циклотронного резонансного нагрева мощностью до 1 МВт ианализировать полученные результаты.Целью настоящей работы является создание диагностическогокомплекса СВЧ допплеровского рефлектометра (диапазон рабочих частот 3040 ГГц), необходимого для измерения характеристик плазменнойтурбулентности и скорости полоидального вращения плазмы в тороидальнойустановке с магнитным удержанием плазмы. Данный диагностическийкомплекс разработан для проведения измерений, в условиях высокоймощности вводимого импульсного СВЧ-излучения на частоте 75 ГГц(с мощностью до 1МВт) при электронно-циклотронном нагреве плазмы.Для достижения целей настоящей работы были решеныследующие задачи:1.Проанализированысистемыдиагностикдопплеровскойрефлектометрии на современных токамаках и стеллараторах (присравнительном анализе использования таких диагностик в токамакахТУМАН-3М, Глобус-М и стеллараторе Л-2М).
В токамаке ТУМАН-3М (бездополнительных помех, в отсутствии ЭЦР нагрева) проведены контрольныедля данного исследования измерения параметров турбулентной плазмы сиспользованием стандартного радиофизического стенда ДР.2.Определено, что возможность использования для измеренияпараметров турбулентной плазмы системы допплеровской рефлектометрии вЛ-2М может быть существенно ограничена помехами на частоте электронноциклотронного нагрева плазмы (75 ГГц) при мощностях выше 200 кВт.3.Спроектирована и создана система фильтрации СВЧ излучениядиапазона 70-80 ГГц для допплеровского рефлектометра стелларатора Л-2М.4.Созданы специальные лабораторные стенды для подготовкисистемы ДР перед установкой на стелларатор. Произведены измерения4характеристик и подобраны настройки основных СВЧ элементов, из которыхсостоит диагностика: СВЧ-фильтра, линзы, штыревых фильтров, генераторана основе диода Ганна.5.
Произведена сборка радиофизического стенда допплеровскогорефлектометранастелларатореЛ-2М.Системадопплеровскойрефлектометрии внедрена в диагностический комплекс стелларатора Л-2М.6. Для обработки и анализа сигналов полученных с СВЧ диодов,несущих в себе информацию о полоидальной скорости вращения плазмы,создана система сбора, хранения и обработки сигналов допплеровскогорефлектометра, включающая в себя два синхронных 12-ти разрядныходнополюсных АЦП с разрешением до 100 МГц на канал.Разработаноспециальное программное обеспечение для анализа сигналов в среде Matlab.7. Проведены измерения полоидальных скоростей вращения плазмыразработанной системой допплеровской рефлектометрии на стелларатореЛ-2М с вводимой мощностью ЭЦР-нагрева до 1 МВт.Научная новизна исследований состоит в следующем:1.
Теоретически обоснованы конструктивные особенности новойсистемы допплеровской рефлектометрии для диагностики плазмы второидальной установке стелларатор Л-2М в условиях мощного импульсногоэнерговклада ЭЦР-нагрева плазмы.2. Разработан подход к конструированию нового фильтраэлектромагнитного излучения миллиметрового диапазона на основерезонатора Фабри-Перо из слюдяных пластин, дополняющий системуфильтрации диагностики допплеровской рефлектометрии.3. Впервые проведены измерения параметров флуктуаций плазмыстелларатора Л-2М новой системой допплеровской рефлектометрии приповышении удельной мощности импульсного ЭЦР-нагрева до 1 МВт,подтверждающие возможность использования данной диагностики в течениевсего времени существования плазмы в тороидальной ловушке стелларатора.4. Представлен алгоритм модернизации антенной системы и системыфильтрации диагностики допплеровской рефлектометрии для проведенияизмерений в условиях больших удельных энерговкладов придополнительномэлектронно-циклотронномнагревеплазмынакрупномасштабных тороидальных установках.Практическая значимость работыИсследования, явившиеся основой диссертации, были посвященысозданию допплеровского рефлектометра для стелларатора Л-2М для работыв условиях ЭЦР-нагрева.
Следующие результаты диссертации имеютпрактическое применение:1. Разработанный и созданный фильтр, а также антенная система могутбыть применены для СВЧ диагностик (рассеяния, интерферометрии,рефлектометрии) на тороидальных установках (токамаках и стеллараторах) сэлектронно-циклотронным нагревом в диапазоне частот 70 - 80 ГГц.52.Использованиеразработаннойсистемыдопплеровскойрефлектометрии на тороидальной установке позволяет проводитьрадиофизические измерения флуктуаций плотности плазмы в условияхмощности ЭЦР-нагрева до 1 МВт в импульсном режиме с длительностьюимпульса 10 - 12 мс и удельным энерговкладом до 4 МВт/м3.3. Разработанное программное обеспечение позволяет проводитьзагрузку данных от АЦП в автоматическом режиме, строить Фурье-спектрыэволюции сигналов системы допплеровской рефлектометрии, определятьдопплеровский сдвиг.ВнедрениеРезультаты диссертационной работы были внедрены в практикунаучно-исследовательской деятельности отдела физики плазмы Институтаобщей физики им.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
