基于静电探针诊断下离子源调制放电-EAST.PDF

核电子学与探测技术 2006 年第 26 卷第四期 基于静电探针诊断下离子源调制放电 刘胜 胡纯栋 陈开云 盛鹏 李军 刘智民 （中科院等离子体物理研究所， 安徽 合肥 230031） 摘要：本文介绍了在静电探针测量下，离子源调制放电闭环控制系统设计要求，讨论了该 系统的硬件设计、软件设计及其工作原理，给出了部分实验结果。系统成功地应用于实验 并获得初步实验结果，为以后中性束注入开展相关物理实验提供可靠保障。 关键字：离子源；静电探针；闭环控制；中性束注入 中图分类号：TP273＋.5，O453 文献标识码：A Modulated Ion Source Discharge Based on Electrostatic Probe Diagnosis Liu Sheng, Hu Chundong ,Chen Kaiyun,Sheng Peng,Li Jun,Liu Zhimin (Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences , Hefei 230031 ,Anhui) Abstract: This article introduces the design principle of the closed-loop control system of modulated ion source discharge, which is based on electrostatic probe measure, and discusses hardware design, software design and the working principle of this system. This system has been applied successfully to experiment and preliminary experimental results are acquired, which also provides a reliable guarantee for later related physical experiments of neutral beam injection. Key Words: ion source; electrostatic probe; closed-loop control; neutral beam injection 引言 1、 中性粒子束注入器(NBI)是涉及超高真空、低温、精密机械制造、高功率电源工程、高 功率诊断、测量和控制等领域的一项综合复杂的前沿技术，它是磁约束受控热核聚变等离子 体芯部加热和非感应电流驱动基本而有效的手段[1]。中性粒子束注入器工作时，离子源产生 的大量粒子经过加速栅加速后在主真空室得到中性化。当漂移管道内达到 10-6Pa以上的高真 空时才能把真空室内中性粒子束流顺利引出，并将束流注入到Tokamak内部加热等离子体以 达到满足聚变的温度。利用静电探针测量等离子体源特征参数，建立一套闭环控制系统， 根据对离子密度的测量，可以不断调整放电控制条件，以获得满足要求的分布相对 均匀的离子，用以调制离子源等离子体放电和束流引出。 2、 实验系统简介 中性束注入加热是受控核聚变实验装置中对等离子体进行辅助加热的主要手段之一，具 有加热原理简单、技术较为成熟、加热功率大等优点。 HT-7托卡马克的中性束注入是在原 美国 PLT托卡马克中性束系统的基础上修复改进而成，加热性能参数约 700 kW / 50 keV。 该系统的离子源为 22 cm的双潘宁离子源，该离子源的基本结构如图 1所示. 这种离子源工 作原理为：灯丝发射的热电子在阴极与中间电极之间的腔体内震荡，使工作气体（实验中用 的是氢气）电离，建立起阴极区等离子体；再利用阳极电场将阴极区等离子体中的电子引出 至二号阳极所围真空室内；这些电子在一号阳极、二号阳极和靶阴极之间的电场作用下，电 离该区域的工作气体，建立阳极区等离子体. 这一放电过程称为起弧，如图 2所示. 在中间 电