ecei 测量 te 及其涨落
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ECEI 测量 Te 及其涨落. 王俊，徐小园，俞昌旋，闻一之 中国科学技术大学 [email protected]. B. 电子回旋辐射 (ECE) 原理. 带电粒子在洛仑兹力的作用下作回旋运动 电子回旋共振层辐射出电磁波 w n = n w ce , w ce (R) µ B µ 1/R 光学厚的情况下，辐射正比于电子温度. 一维 ECER 诊断. 电子回旋辐射强度正比于电子温度 采用单个天线沿主半径方向接收辐射 通过分频产生多个通道获得电子温度分布. ECEI 诊断原理. 采用低成本的垂直排列的微带天线 / 混频阵列 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
电子回旋辐射 (ECE) 原理
2
3 2( ) ( )
8e
B
TI I
c
带电粒子在洛仑兹力的作用下作回旋运动
电子回旋共振层辐射出电磁波
n =nce
ce(R) B1/R 光学厚的情况下，辐射正比于电子温
度
B
R
Resonance Layer
Major Radius
n ce
ECE Frequency
一维 ECER 诊断
电子回旋辐射强度正比于电子温度 采用单个天线沿主半径方向接收辐射 通过分频产生多个通道获得电子温度分布
Plasma
Antenna
1/RBf
LO
Mixer
Band Pass Filter
Video Detection
LO
Power Divider
IF Aplifier
ECEI 诊断原理
采用低成本的垂直排列的微带天线 / 混频阵列 在会聚处测量，提高空间分辨 二维测量，能同时对极向和径向进行相关测量
Focal Plane of ECE Imaging
ZB ~ 1/RImaging
ArrayImaging Optics
CL
R
1995 年， B.H.Deng 和 N.C.Luhmann 等人发展了 ECEI 诊断技术，成功地把横向分辨率提高到了 1cm ，并将其应用到了 TEXT-U 和 RTP 上
TEXTOR-94 上用 ECEI 获得的电子温度剖面
R=1.75m, a=0.46m, B<2.9T, N~1.5x1013cm-3
TEXT-U 上磁岛结构
G.Cima,etc,Plasma Phys. Control. Fusion, 40, 1149(1998)反转直径是 16cm ，图像对应宽度 20cm
RTP 上的二维 MHD 涨落
67 72 7762 R (cm)
Z(cm)
0
5
-5
3.3%
0.1%
1.1%
2.2%
2D image of MHD fluctuation amplitudes measured at 60 kA, 1.51019 m-3.
[ B.H. Deng, et al.,Phys. Plasmas 8, no. 5, pp. 2163-2169, 2001. ]
Cross power spectral density (a) and statistical dispersion relation (b) measured at r/a=0.61 (200 kA, 21019 m-3).
Consistent with drift wave theory [W. Horton, Jr., Phys. Fluids 19, 711 (1976)] and previous FIR scattering measurements [D.L. Brower, Nucl. Fusion, 27, 2055 (1987); Phys. Fluids B4, 381 (1992)].
10-10
10-9
10-8
10-7
0 50 100 150 200
statistical noise level
(a)
/2 (kHz)
˜ T eT e
0
0.8
1.6
2.4
3.2
0 50 100 150 200
k (
cm-1
)
(b) Er = -4.7 kV/m
Er=0
/2 (kHz)
TEXT-U 上的 Te 涨落的功率谱和统计色散关系
B.H. Deng, et al., Phys. Plasmas 5, 4117 (1998)
Two modes are distinguished from the measured cross power spectral density and cross phases between two vertically separated channels. The error bars denote the standard deviation over multiple realizations. The average of the cross correlation function has been subtracted.
10-11
10-10
10-9
10-8
10-7
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 50 100 150 200 250Cro
ss P
ower
Spe
ctra
l Den
sity
kz (cm
-1)
Frequency (kHz)
RTP 上 Te 涨落的功率谱密度和统计色散关系
Ht7 ECEI 系统参数 接收频率 97.5GHz IF Bandwidth: 25~297MHz DBS Video Bandwidth: 1MHz 垂直 16 道，道间距约 9mm
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
50
100
150
200
250
r/a
f (G
Hz)
ECE Frequency Range (Bt =1.95T, Te =1KeV,ne0
=3e+013cm-3)
3rd
2nd
fR
fUH
1st
fP
fL
频谱范围
光学厚的计算
M. Bornatici, Plasma Physics,Vol.24,No.6,629(1982).
R0=122cm ， a=27cm ， B0=1.95T ， ne0=2.0x1013cm-3 时，
诊断区域为 -0.62<r/a<0.58 ，即 -17cm<r<16cm
97.5GHzECEI 接收系统径向诊断位置
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
-15 -10 -5 0 5 10 15
275 ms325 ms375 ms
Te (a
.u.)
Y (cm)
ECEI 诊断垂直道校准实验 在平稳欧姆放电情况下，
BT ＝ 1.93T （此时 97.5GHz 的诊断位置对应于r=13cm) ，控制等离子体中心垂直缓慢移动( 约在 0.05cm/ms 的量级 )>4cm 的距离。
测量约束区域的 Te 及其涨落的二维分布
在平稳欧姆放电的情况下， Ip ＝ 150kA ， ne
＝ 2x1013cm-3 ，进行磁场扫描 :
BT=1.88,1.90,1.92,1.94,1.96,1.98, 2.00T,
对应于径向位置r=9.6, 11.0, 12.4, 13.8, 15.2, 16.6, 18.0cm