east装置电子回旋辐射二维成像系统的屏蔽优化 eletromagnetic shielding optimization of ece imaging diagnostic on east tokamak.pdfVIP

第 36 卷 第 3 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.36, No.3 2 0 1 6 年 9 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics Sep. 2016 文章编号：0254−6086(2016)03−0224−07 DOI: 10.16568/j.0254-6086.201603007 EAST 装置电子回旋辐射二维成像系统的屏蔽优化 仝 丽，赵朕领，陈东旭，朱逸伦，韩东起，谢锦林 (中国科学技术大学近代物理系，合肥 230026) 摘 要：介绍了 EAST 装置上的 384 道(极向 24 道径向 16 道)的外差混频式电子回旋辐射成像诊断系统及其 在 EAST 及其复杂的电磁环境中的运行情况。在低杂波电流驱动期间，高灵敏度的电子回旋辐射成像系统受到严 重干扰以至于无法提供正确的实验数据。通过优化系统各模块的接地、外加多层铜网屏蔽等措施，使得 ECEI 系 统屏蔽效能与改善之前相比提高了 40dB ，基本保障了 EAST 装置上电子回旋辐射成像诊断的正常工作。 关键词：电子回旋辐射成像，低杂电流驱动，电磁屏蔽 中图分类号：O536 文献标志码：A 1 引言 了诸多大功率的电磁波辅助加热系统，如电子回旋 托卡马克中自由电子绕磁力线做拉莫尔回旋 加热(ECRH)、离子回旋加热(ICRF)及低杂电流驱动 运动所产生的电子回旋辐射(ECE)是高温等离子体 (LHCD)等。如此复杂电磁环境是高灵敏度 ECEI 系 诊断中的重要测量信号之一。托卡马克纵向磁场与 统正常运行必须克服的难点。 大半径成反比，因此不同径向处的电子回旋频率与 大半径存在一一对应关系。在满足光学厚的条件 2 EAST 装置 ECEI 系统 下，电子回旋辐射的能量与当地的电子温度成正比 EAST 装置的 384 道(极向 24 道、径向 16 道) [1] 。通过在装置外场放置单个微波接收天线，测量 电子回旋辐射成像诊断采用的是外差混频测量，其 电子回旋辐射频谱，可以给出等离子体中电子温度 主要结构如图 1 所示。ECEI 系统由 4 部分组成： 及其涨落的径向分布。一维的 ECE 辐射测量已成 前端大口径准光学成像系统[5] ，天线阵列及一次混 为托卡马克电子温度径向分布的常规诊断手段。随 频系统，中频电子学系统和数据采集系统。前端大 着微波技术发展及诊断物理目标需求的提高，人们 口径准光学成像系统收集回旋辐射信号(二次谐频 进一步发展了二维的电子回旋辐射成像 (ECEI)诊 X 模，频率约为 100GHz)，将不同极向位置辐射信 断。 号会聚在对应的接收天线上；天线阵列及一次混频 电子回旋辐射成像(ECEI)系统使用大口径的 系统实现第一次降频(90~140GHz 的电子回旋二次 准光学成像系统和毫米波外差接收天线阵列实现 谐频降频到 2~20GHz)和 30dB 低噪放大功能；中频 多个极向位置上的回旋辐射频谱测量，因此可以提 电子学模块提供二次混频和视频检波，每一个接收 供托卡马克小截面上电子温度及其涨落的二维分 天线降频后的中频微波信号均分别与多个 VCO 源 布。目前国内外主要的托卡马克装置都已安装电子 的低频本振信号混频，最终实现电子回旋辐射频谱 回旋辐射成像系统[2~4] 。托卡马克装置上往往配备 的测量。 收稿日期：2