[发明专利]一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的方法和装置

说明书

本发明涉及一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的方法和装置，该装置包括微波诊断系统，磁诊断系统，数据采集系统和实时计算系统，所述实时计算系统用于对诊断系统的信号进行处理，并提取信号特征，识别判断新经典撕裂模，并计算其所在位置。该方法和装置在实时测量新经典撕裂模位置的同时避免了被低杂波电流驱动干扰，实现了与低杂波电流驱动系统的协同工作。

技术领域

本发明属于等离子体诊断技术领域，具体涉及一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的方法和装置。

背景技术

在磁约束聚变装置托卡马克中，维持等离子体安全稳态运行是第一要务，而在等离子体运行过程中，各种磁流体不稳定性的出现可能破坏平衡状态，甚至导致等离子体破裂，这将严重危害装置安全。新经典撕裂模就是磁流体不稳定中危害较大的一种，它是一种由压强梯度驱动的电阻性磁流体不稳定性，经常出现在高归一化比压的等离子体放电实验中。新经典撕裂模的出现会增加等离子体的横向输运，其磁岛O点所在有理面的密度和温度分布会发生展平现象，进而会影响到等离子体的约束性能，甚至导致等离子体发生破裂。因此，新经典撕裂模的测量和控制是需要考虑的问题。

目前，最常用的新经典撕裂模的探测手段是利用电子回旋辐射诊断来进行，专利CN201821127862.0和CN201810781958.7公开了这种探测系统及方法，其主要原理是：新经典撕裂模磁岛处的等离子体温度具有周期性的变化，通过电子回旋辐射诊断可以测量电子回旋辐射强度，而电子回旋辐射强度正比于电子温度，因此通过电子回旋辐射诊断可以测量到磁岛处的温度的周期性变化，再结合磁探针信号进行分析，就可以识别出新经典撕裂模，并确定其磁岛所在位置。不过，上述方法和系统在低杂波电流驱动系统工作时将无法使用，由于低杂波电流驱动产生的高能电子使得电子回旋辐射的频率与相应的等离子体位置不再具有一一对应关系，从而破坏了电子回旋辐射诊断的空间局域性，使得其无法测量新经典撕裂模的准确位置。由于低杂波电流驱动是聚变装置用于提高等离子体约束性能的一种重要加热与驱动手段，因此开发一种可以与低杂波电流驱动系统协同工作的新经典撕裂模测量方法和系统具有显著意义。

发明内容

本发明提出一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的方法和装置，该方法和装置在实时测量新经典撕裂模位置的同时避免了被低杂波电流驱动干扰，实现了与低杂波电流驱动系统的协同工作。

本发明提出以下技术方案：

一种基于微波反射实时测量新经典撕裂模位置的方法，其特征在于，该方法通过以下步骤按顺序实现：

(1)获取不同频率微波在等离子体中的传输延迟时间；

(2)采集一定时间内的传输延迟时间和信号幅度随时间的变化，并进行时频分析；

(3)对单个扫频周期内的传输延迟时间进行信号特征分析，识别大幅度的新经典撕裂模；若判定大幅度的新经典撕裂模已出现，则执行步骤(5)；

(4)对传输延迟时间信号和幅度信号的频域特征进行分析，按照识别特征判断小幅度的新经典撕裂模的存在；

(5)采集磁探针信号，进一步确认新经典撕裂模的出现，计算新经典撕裂模的模式；

(6)将磁探针信号与传输延迟时间信号进行相关分析；

(7)通过传输延迟时间反演等离子体密度分布，获得微波探测频率与托卡马克径向位置对应关系；

(8)基于步骤(6)和步骤(7)的结果计算确定新经典撕裂模位置和磁岛宽度。