J-TEXT托卡马克等离子体平衡与反演计算

摘要

托卡马克等离子体平衡问题是核聚变研究中的一个基本而又关键的问题。在托卡马克装置放电运行过程中，一般需要通过正确的反馈控制放电参数使放电达到最优化。然而，在放电过程中大部分放电参数并不能直接测量，如等离子体放电位形、内部安全因子剖面等等参数。因此，重建等离子体放电位形是托卡马克装置放电运行的重要课题，而托卡马克内部的平衡建立和反演计算可以为此提供帮助。
　　在托卡马克装置实验中，进行准确快速的平衡重建需要进行大量的等离子体平衡计算，而作为描述等离子体平衡问题的Grad-Shafranov方程则是等离子体平衡重建的关键。论文围绕 Grad-Shafranov平衡方程展开，并对 Grad-Shafranov平衡方程作了推导；给出了几种 Grad-Shafranov方程的解法，并对各种解法的优缺点进行了比较。介绍了采用格林函数算法求解Grad-Shafranov方程的EFIT程序，并对程序的内部算法进行了研究和推导，展现了EFIT程序的结构和工作流程。
　　根据J-TEXT托卡马克装置含铁芯的特点，对EFIT程序采用胶卷盒模型进行了平衡重建。在放电信号和磁测量信号准备阶段，通过 MDSPLUS接口程序获取信号数据，并对有用信号进行处理，获得平衡反演计算输入参量。通过EFIT程序对J-TEXT装置进行平衡反演计算，研究了J-TXET托卡马克装置等离子体平衡位形和其它参数的演变，并通过实验电子回旋辐射 ECE诊断测量和电子密度测量对平衡参数Shafranov shift的理论值做了推导计算，对参数之间的反演，理论计算，和实际测量值进行了比较分析，为实验的诊断测量提供必要的数据和参考。通过实验诊断测量，可以很好的进行等离子体内部参数反演，证明EFIT程序满足J-TEXT托卡马克装置的运行。

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1 绪论

1.1 核聚变研究现状

1.2 托卡马克国内外发展史

1.3 等离子体平衡问题来源及研究意义

1.4 论文结构

2 托卡马克平衡理论

2.1 托卡马克磁场位形

2.2 Grad-Shafranov方程推导

2.3 G-S方程求解方法

3 等离子体平衡反演EFIT程序

3.1 EFIT发展概要

3.2 EFIT算法

3.3 EFIT程序结构和使用方法

4 J-TEXT托卡马克装置中的EFIT计算

4.1 J-TEXT等离子体平衡模型重建

4.2 等离子体平衡参数

4.2.1 等离子体位形

4.2.2 等离子体压强剖面

4.2.3 安全因子

4.2.4 等离子体位移

4.3 信号准备

4.3.1 等离子体放电信号

4.3.2 磁探针测量信号

4.4 EFIT平衡反演计算

4.5 计算结果分析及比较

5 总结与展望

致谢

参考文献