[发明专利]一种基于电子回旋波的阿尔芬模实时控制系统及方法

说明书

本发明属于主动控制技术领域，具体涉及一种基于电子回旋波的阿尔芬模实时控制系统及方法。本发明中，多通道电子回旋辐射计、多通道微波反射计、米尔诺夫探针与磁约束高温等离子体和阿尔芬模智能识别算法连接、阿尔芬模智能识别和控制算法与中央处理器连接、中央处理器与电子回旋共振加热控制系统连接，电子回旋共振加热控制系统与回旋管连接，回旋管与槽纹波导、真空法兰、可控角度天线系统依次连接，可控角度天线系统与磁约束高温等离子体连接。本发明能够实时高时空分辨率测量阿尔芬模的空间位置等基本信息，快速智能完成阿尔芬模的识别和鉴定并能够精确控制微波注入角度从而实现阿尔芬模的实时控制。

技术领域

本发明属于主动控制技术领域，具体涉及一种基于电子回旋波的阿尔芬模实时控制系统及方法。

技术背景

在磁约束等离子体中存在大量高能量粒子，如快电子、快离子和α粒子等。高能量粒子与阿尔芬波相互作用能够激发不同类型的阿尔芬模，主要包括阿尔芬本征模和高能粒子模。证据表明，这些不稳定性极可能破坏环对称性增强输运从而导致大量高能量粒子损失，严重时甚至烧毁磁约束装置第一壁。这对维持核聚变反应、获取聚变高增益及磁约束聚变装置的安全运行极其不利。此外，阿尔芬模会降低外部辅助加热效率从而造成严重的资源浪费。因此，为了避免阿尔芬模的潜在危害，必须采取有效的方法进行控制和缓解。目前，能够有效控制或者缓解阿尔芬模的技术方法主要包括大动量中性束注入、电子回旋共振加热/电子回旋电流驱动(ECRH/ECCD)及共振磁扰动等。但是大动量中性束注入和共振磁扰动缓解和抑制阿尔芬模这两种方法仅仅在极少数装置上成功实现，其中潜在的物理机制仍需要进一步研究。ECRH/ECCD缓解和控制阿尔芬模则在多个实验装置上均有发现相关现象。研究表明ECRH/ECCD通过降低阿尔芬模局域位置处的高能量粒子压强从而减小高能量粒子驱动，通过改变连续谱阻尼增强模的阻尼机制从而实现阿尔芬模的缓解和抑制。但是除了美国DIII-D装置成功实现中性束主动控制阿尔芬之外，世界范围内并没有其他装置能够开展阿尔芬模的实时控制。为了避免阿尔芬模导致等离子体约束性能下降，本发明提出一种基于电子回旋共振加热/电流驱动并结合高时空分辨率实时测量技术、快速智能识别技术和精确可控射频波注入技术实现阿尔芬模的实时控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电子回旋波的阿尔芬模实时控制系统及方法，能够实时高时空分辨率测量阿尔芬模的空间位置等基本信息，快速智能完成阿尔芬模的识别和鉴定并能够精确控制微波注入角度从而实现阿尔芬模的实时控制。

本发明采用的技术方案：

一种基于电子回旋波的阿尔芬模实时控制系统，包括磁约束高温等离子体、高时空分辨率电子回旋辐射计、多通道微波反射计、米尔诺夫探针、阿尔芬模快速智能识别算法、中央处理器、电子回旋共振加热控制系统、回旋管、槽纹波导、真空法兰、可控角度天线系统，高时空分辨率电子回旋辐射计、多通道微波反射计、米尔诺夫探针与磁约束高温等离子体和阿尔芬模智能识别算法连接、阿尔芬模智能识别和控制算法与中央处理器连接、中央处理器与电子回旋共振加热控制系统连接，电子回旋共振加热控制系统与回旋管连接，回旋管与槽纹波导、真空法兰、可控角度天线系统依次连接，可控角度天线系统与磁约束高温等离子体连接。

所述电子回旋共振加热控制系统与可控角度天线系统连接。

所述高时空分辨率电子回旋辐射计用于测量由温度扰动构成阿尔芬模径向模结构。

所述测量方法为，在等离子体放电过程中，对高时空分辨率电子回旋辐射计采集到的信号进行傅里叶变换，通过频谱分析找到阿尔芬模的频率范围，进行数值滤波，选取相同时刻、不同位置的温度扰动组合成一个径向分布。

所述径向分布为阿尔芬模的径向模结构，最大值处就是阿尔芬模所在的空间位置。

所述多通道微波反射计用于测量由电子扰动构成阿尔芬模径向模结构。