[发明专利]一种测量等离子体极向速度与湍流输运的静电探针阵列

说明书

本发明公开了一种测量等离子体极向速度与湍流输运的静电探针阵列，其涉及磁约束核聚变技术领域，该静电探针阵列主要是将多个悬浮电位探针、双探针及马赫探针设置在不同高度的台阶上并按阵列形式进行排布，通过多个探针的不同组合方式，以实现对磁约束核聚变装置等离子体的极向速度、湍流动量输运、湍流粒子输运及湍流热输运的同时测量。

技术领域

本发明涉及磁约束核聚变技术领域，具体涉及一种测量等离子体极向速度与湍流输运的静电探针阵列。

背景技术

能源对于人类社会的可持续发展至关重要。可控核聚变能以其储量丰富、环境友好、固有安全和热值高等突出优势受到全世界范围的高度重视。根据Lawson判据，为发生聚变反应，等离子体必须实现足够高的温度、密度和能量约束时间。而磁约束核聚变装置，利用强磁场对等离子体进行约束，是未来受控核聚变能实现商用化的备选方案。对于磁约束核聚变装置而言，一个关键的科学问题是如何降低由等离子体微观湍流引起的径向输运(称为湍流输运)水平，从而提升等离子体约束性能。大量研究表明，湍流输运和等离子体极向旋转之间的相互作用对改善约束具有重要作用。一方面，当极向旋转速度的径向梯度增强时，湍流粒子输运和湍流热输运降低；另一方面，当湍流动量输运的径向梯度不为0时，可以驱动等离子体极向旋转。因此，对等离子体极向速度与湍流输运(包括湍流动量输运、湍流粒子输运、湍流热输运)进行同时测量是非常重要的。

目前，磁约束核聚变装置广泛采用静电探针阵列对等离子体物理参数进行测量。但现有磁约束核聚变装置上使用的静电探针阵列由于探针排布的固有缺陷，通常只能对极向速度、湍流动量输运、湍流粒子输运及湍流热输运中的1-2个物理量进行测量，无法实现对等离子体极向速度和湍流输运(湍流动量输运、湍流粒子输运及湍流热输运)的同时测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有磁约束核聚变装置上的静电探针阵列无法对等离子体极向速度和湍流输运(包括湍流动量输运、湍流粒子输运、湍流热输运)进行同时测量，因此，本发明提供一种测量等离子体极向速度与湍流输运的静电探针阵列，将多个悬浮电位探针、双探针及马赫探针设置在不同高度的台阶上并按阵列形式进行排布，通过多个探针的不同组合方式，实现对等离子体极向速度、湍流动量输运、湍流粒子输运、及湍流热输运的同时测量。

本发明通过下述技术方案实现：

一种测量等离子体极向速度与湍流输运的静电探针阵列，包括设置在等离子体中的静电探针阵列；

所述静电探针阵列包括第一双探针、第二双探针、第一悬浮电位探针、第二悬浮电位探针、第三悬浮电位探针、第四悬浮电位探针、第五悬浮电位探针、第一马赫探针和第二马赫探针；

其中，第一双探针和第一悬浮电位探针设置在基准面中且突出所述基准面；第二悬浮电位探针和第三悬浮电位探针设置在第一台阶中且突出所述第一台阶；第四悬浮电位探针、第五悬浮电位探针和第二双探针设置在第二台阶中且突出所述第二台阶；第一马赫探针设置在所述第二台阶上的凹槽中；第二马赫探针设置在第三台阶上的凹槽中；所述第二台阶上的凹槽和所述第三台阶上的凹槽的开口方向与环向磁场方向平行且二者的开口方向相背；

第一双探针、第二双探针、第一悬浮电位探针、第二悬浮电位探针、第三悬浮电位探针、第四悬浮电位探针、第五悬浮电位探针突出所在台阶的高度与第一马赫探针和第二马赫探针突出所在凹槽底部的高度相等，且所述第一马赫探针和所述第二马赫探针不突出各自所在的台阶；

所述第一台阶、所述第二台阶和所述第三台阶依次设置在所述基准面上，且所述第一台阶的厚度低于所述第二台阶的厚度，所述第三台阶的厚度等于所述第二台阶的厚度。

进一步地，所述静电探针阵列包括两组2行×3列静探针阵列，分别为第一阵列和第二阵列；其中，第一阵列的行与第二阵列的行交替设置，第一阵列的列和第二阵列的列错位设置；每一阵列中的探针从左到右从上到下依次设置；