从ECE信号获取电子热导的热脉冲方法.PPT.pptx

EAST从ECE信号获得 的热脉冲方法杜勤凌必利提昂allendq@ipp.ac.cn

EAST高温等离子体电磁辐射大致可以分为两种：非相干的自生辐射和相干的感生辐射。自生辐射――由于等离子体中粒子的运动状态或能量状况发生变化而引起的。感生辐射――由于等离子体中波和非平衡态粒子共振相互作用而激发的电磁辐射在实验室托卡马克等离子体中，主要研究以下几种自生辐射。轫致辐射（连续光谱）：电子的加速度产生的辐射，自由－自由过程。复合辐射（连续光谱）：电子和离子碰撞后彼此结合而产生的辐射，自由－束缚过程。线辐射（线光谱）：电子从高能态向低能态跃迁而产生的辐射，束缚－束缚过程。电子回旋辐射(ECE)原理

EAST回旋辐射也叫磁轫致辐射，ElectronCyclotronEmission(ECE)是指等离子体发射出辐射的一种，它的辐射原理是等离子中的电子在围绕磁力线旋转时发出的电磁辐射，托卡马克中通常的频率范围大致在微波的频段(毫米到亚毫米)由Maxwell方程再通过Fourier积分可得到单电子辐射频率谱可以看出在自由空间中传播的粒子如果有加速度则会有辐射产生。电子回旋辐射(ECE)原理

EAST通过粒子在电场中的运动方程得到单粒子的辐射电场电子回旋辐射(ECE)原理这表示辐射是一些不连续的频率。从上面的方程我们能够得到

EAST电子回旋辐射(ECE)原理定义体辐射率为单位体积，单位立体角，单位角频率的能量发射率。在麦克斯韦分布的等离子体中得到ECE体辐射率

EAST辐射的输运、吸收和发射输运过程可以由下面的方程来描述当这个等离子体是光厚时，方程的解可以写成在局域热平衡且光厚时

EAST辐射的输运、吸收和发射在Rayleigh-Jeans近似或者经典极限的条件下当磁场的空间分布确定时,可以在ECE测量位置与接收的频率间建立一一对应的关系这些是利用ECE测量电子温度的基础。

EAST辐射的输运、吸收和发射EAST上ECE测量位置计算公式：

EASTEAST上各次谐波频率及其光厚的计算ECE信号接受窗口在水平低场侧，接收垂直于磁场的辐射。电磁波垂直于磁场传播时O-模截止条件：X-模截止条件：X-模共振条件：

EASTEAST上各次谐波频率及其光厚的计算根据EAST的参数B0=2T,ne0=1×1019m-3,ne=ne0(1-r2/a2)得到磁场中不同谐波的频率以及截止频率的分布。

EASTEAST上各次谐波频率及其光厚的计算一般来说，光厚τ是关于磁场，等离子密度，电子温度有关的物理量。

EAST根据EAST各参数，可以计算出各次谐波的光厚B0=2T,ne0=1×1019m-3,抛物分布:ne=ne0(1-r2/a2)EAST上各次谐波频率及其光厚的计算

EASTEAST上各次谐波频率及其光厚的计算只有寻常波的基波和异常波的2次谐波是光性厚的。其他各次谐波都是光性薄的。实验中我们取异常波的2次谐波B0=2T,ne0=1×1019m-3,抛物分布:ne=ne0(1-r2/a2)

EAST电子热导的ECE测量1974年，Vongoeler等人在ST装置上利用硅表面势垒探测器首次观察到从等离子内部辐射出的SX辐射强度呈现一种锯齿状结构，后来在其他装置及其他诊断信号上都可以看到。在一定的等离子体放电条件下，典型的锯齿信号为在靠近等离子体中心处为正锯齿，在被认为q=1的磁面外的位置为反锯齿。在欧姆放电条件下锯齿振荡的周期和电子温度，电子密度有关;与电子温度涨落，密度涨落相关联；和等离子体电流强度和其他辅助加热有关。

EAST电子热导的ECE测量为了解释锯齿现象，1975年，苏联科学家B.B.Kadomtsev提出了建立在撕裂模理论基础上的整体磁重联理论模型。1978年，B.Vwaddell等人将Kadomtsev模型进一步发展。模型基础：认为锯齿振荡是一种周期性过程，在中心q下降到1以前，等离子体中心温度被加热时上升得快，电阻率下降，环电流向磁轴集中，中心电流密度增大（称“热不稳定性”），磁轴处q下降到小于1，导致m/n=1/1的电阻撕裂模的不稳定，随着不稳定的增长，最后在等离子体中心部分拉平等离子体温度、电流和q的空间分布，q=1面外温度突升产生得热脉冲向外扩散。而等离子中心再次被加热，导致下一个锯齿。

EAST电子热导的ECE测量加热电阻率下降环电流向磁轴集中热不稳定性中心电流密度增大磁轴处q下降到小于1m/n=1/1的电阻撕裂模的不稳定拉平中心等离子体温度、电流和q的空间分布中心q1中心温度上升快q=1面内温度突降，q=1面外温度突升产生热脉冲正是利用这种物理现象所反映的热脉冲似的传播来测量ECE电子热导

EAST电子热导的ECE测量 等离子体中心温度突降所带出的热量先沉积在紧挨着q=1面外侧从 的区