EAST极向场线圈及磁测量系统的修正-核聚变与等离子体物理.PDFVIP

第 31 卷 第 1 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.31, No.1 2 0 1 1 年 3 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics March 2011 文章编号：0254-6086(2011)01-0062-06 EAST 极向场线圈及磁测量系统的修正 杨舒凯，肖炳甲，罗正平，郭 勇 (中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031) 摘 要：采用网格法计算空间磁场，应用最小二乘法优化极向场线圈、单匝环、磁探针位置参数及标定系数 获得了更准确的位置坐标，明显地改善了磁场和磁通的计算误差，也为等离子体平衡反演算法提供更准确的格林 函数。 关键词：极向场线圈；磁测量；最小二乘法 中图分类号：O441.5 文献标志码：A 1 引言 的不确定度，主要来自于制造、安装、标定、实验 受控热核聚变作为解决未来能源问题的一个 等。其中探针和单匝环的误差最大，分别达到了 3% 重要发展方向，已经在世界范围内达成共识。全超 和 2% 。而传感器的位置偏差是磁探针和单匝环误 导托卡马克 EAST 是一个先进的热核聚变装置，近 差的主要来源。D Ⅲ-D 建议可以通过重新修正位置 年来，试验研究取得了重要进展。极向场线圈(PF) 来降低磁场数据的计算误差。 是构成 EAST 磁体组成部分之一。它负责建立、维 EAST 使用 38 个磁探针和 35 个磁通环。它们 持等离子体电流，控制等离子体的位置、截面的拉 的布置见文献[1]。 长和三角形变。磁通环(FL)和磁探针(MP)是测量极 2.1 位置的修正 向场线圈电流和等离子体电流的磁体和磁场的传 实验时 EAST 处于全封闭状态，线圈、探针是 感器。 不可见的。由于各种因素的影响，线圈和探针很可 能偏离原来的标准安装位置，加之其位置精确度要 2 问题分析及重要性 求很高，故很难用常规的方法进行测量。经分析， 当极向场线圈通电时，在真空室中会产生磁场 影响其位置变化的主要因素如下： 和磁通分布，从而达到对等离子体位形、拉长比、 (1) 温度。实验在低温超导下进行，线圈会有 密度、电流剖面控制的目的。各种控制参数的设置， 一定的收缩。 需要通过 EFIT 利用等离子体周围的磁测量信息与 (2) 安培力。当线圈通较大电流时，所产生的 格林函数，求解 Grad-Shafanov 方程，重建等离子 安培力可能使其产生位移。 体平衡得到。但由于位置，标定系数、积分器漂移 (3) 安装误差。线圈体积较大，安装时有可能 等各种因素的影响，导致磁场测量值与磁场计算值 会产生误差。 都存在误差，从而影响对等离子的精确控制。 线圈及磁测量系统的实际位置的意义非常重 根据 D Ⅲ-D 的研究报告，D Ⅲ-D 装置测量数据 大。这是产生格林函数表必不可少的条件之一，如 收稿日期：2010−09−08 ；修订日期：2010− 12−03 基金项目：国家自然科学基金资助项目 ；国家 973 工程资助项目(2009GB103000) 作者简介：杨舒凯(1984−) ，男，浙江省湖州市人，硕士研究生，从事计算机应用技术研究。 第 1 期