HT-7

1. HT-7 ASIPP HT-7基于软X射线能谱诊断的电子加热实验研究 许平, 林士耀, 胡立群, 许海, 段艳敏,HT-7物理实验组 中科院等离子体物理研究所，安徽合肥1126信箱，230031 email:pingxu@ipp.ac.cn 电子加热实验结果及分析 摘要 欧姆加热 HT-7上软X射线能谱诊断所使用的硅漂移探测器(SDD)采用peltier效应制冷，体积紧凑，在短的成形时间下具有高的能量分辨率，非常适合用于托卡马克的空间多道温度测量。在HT-7所开展的兆瓦(MW)加热功率实验下，作为不可或缺的重要诊断，利用它对欧姆加热、低杂波(LHW)加热以及离子伯恩斯坦波(IBW)和低杂波协同加热三种情况下的电子加热进行了实验研究，所得结果与其它两种电子温度诊断——汤姆逊散射和ECE作了比较。 HT-7上软X射线能谱诊断系统 HT-7上安装的软X射线能谱诊断系统有水平和垂直方向两套诊断。其中水平窗口安装了空间6道SDD探测器，覆盖了上半空间，空间分辨率4.5cm；垂直窗口安装了空间15道SDD探测器阵列，探测范围从高场侧到低场侧（±21cm），覆盖了全空间，空间分辨率3cm。 图5时不同欧姆加热功率下的中心电子温度比较 图6时不同欧姆加热功率下的中心电子温度比较 由图5、图6均能看出，相同条件下，中心电子温度会随所加欧姆功率的增加而升高；对比图5中95624炮的电子温度和图6中95632炮的电子温度可知，相同欧姆加热功率(由等离子体电流和环电压的乘积得到)下，电子密度较小时，电子温度相对较高。从ECE中心道信号上也能清晰地反映上述两种结果。 众所周知，欧姆加热存在温度极限，要使等离子体达到10keV以上的聚变点火温度，必须采用辅助加热方法。 低杂波（LHW）加热 低杂波的频率介于离子回旋频率和电子回旋频率之间，频段范围几百MHz～几GHz，低杂波加热是一种非常有效的辅助加热方法，它既能加热离子，又能加热电子。如果波的平行相速度接近电子热速度，那么低杂波将通过强烈的无碰撞朗道阻尼将能量传递给共振电子来加热等离子体。HT-7的低杂波系统的天线目前采用的是多结波导阵天线，其参数如下：频率2.45GHz，输出功率12100kW，脉冲宽度60秒，n//peak范围为1.8—3.4，n// =0.4。 图1 HT-7上软X射线能谱探测器的空间布局图 图7不同LHW功率下中心电子温度的比较 从图中可以看出在LHW投入后中心道的电子温度明显升高，电子温度在等离子体形成初期迅速增加，然后达到平稳，当LHW投入以后，电子温度又迅速增加然后达到平稳；从软X射线能谱和汤姆逊散射两种诊断所得电子温度结果都能看到，同种条件下，中心电子温度随着投入的LHW功率的升高而升高。 图8(a)90921炮电子温度的径向分布 图8(b)90931炮电子温度的径向分布 由图8可知加波后空间各点的温度都有上升，且中心电子温度上升较快，温度剖面变得更加峰化，等离子体中心约束区的电子得到较好的加热；对比两炮LHW投入平稳阶段的电子温度的空间分布可知：投入LHW功率较大时温度分布更峰化，功率较小时温度分布较平坦。 图3垂直15道SDD探头阵列 图2放大系统和制冷系统 集成一起的水平道探头 离子伯恩斯坦波（IBW）和低杂波(LHW)协同加热 图9双波协同作用下中心电子温度随时间的变化 图1086059炮单加LHW和双波同时注入时的电子温度径向分布 由图9可知，在欧姆放电平稳阶段投入IBW后，中心电子温度有了明显的升高，说明单加IBW时能加热等离子体的电子，当LHW和IBW同时注入后，中心电子温度则大幅度被提升，直至温度趋于稳定；此外，由图10所示该炮在单加LHW和双波同时注入时的电子温度径向分布可见，双波协同加热时，不仅等离子体整体被加热，还出现了离轴加热趋势， 图4 X射线探测器原理 X射线能谱的测量过程：X射线在SDD探头里激发电子—空穴对，其数目正比于X射线能量，在偏压电场的作用下，电子和空穴被探头的两极收集在输出回路中形成初始信号并经过电荷预放和线形电压放大变成窄脉冲电压信号，脉冲高度(正比X射线能量)被MCA变成数字信号送入PC，其中MCA包括ADC和数据缓存器(MEM)两部分。我们使用的ADC是威金森(Wilkinson)型的，它采用线性法进行幅度-数字变换。因此，整个X射线能谱测量系统也被称为脉冲高度分析器— PHA(pulse height analyzer)。 讨论与总结 • 详细介绍了HT-7装置上软X射线能谱诊断系统。 • 利用软X射线能谱诊断对欧姆加热、低杂波(LHW)加热以及离子伯恩斯坦波(IBW)和低杂波协同加热 三种情况下的电子加热进行了实验研究 。 • 将软X射线能谱诊断的测量结果与其它两种电子温度诊断——汤姆逊散射和ECE所测结果大致进行了比较，从能谱上得到的温度变化趋势和ECE采集的信号是一致的，所求电子温度数据与汤姆逊散射所测结果基本上吻合，误差在可接受范围之内，说明利用软X射线能谱诊断进行各种相关实验研究是可靠合理的。 • 今后将利用该诊断进行杂质等方面的相关实验研究。