HL－2A装置电子回旋波沉积区域实时反馈控制研究

为了解决在HL－2A装置电子回旋系统无法实时控制沉积区域，微波在斜入射情况下由于O模或X模式纯度不高而影响加热及驱动效率等难题。基于国际上电子回旋系统发展方向及研究热点，计划在本项目中研制可任意改变微波极化形式的极化器及可实时反馈控制微波环向及极向注入角度的新天线，开展天线与极化器联动技术研究，以实现纯O模或X模注入；在数值计算的基础上，在HL－2A装置上开展电子回旋实验，使微波以最佳角度及极化方式注入等离子体，以优化吸收及电流驱动效率；实时反馈控制微波沉积区域，观测对MHD的抑制。通过本计划的实施，可以推进电子回旋加热及电流驱动技术的发展，充分发挥电子回旋用于定域加热及控制温度、电流分布的优势，从而开展控制新经典撕裂模等磁流体不稳定性等前沿性物理课题。

当前，国际上电子回旋技术研究的热点及难点是如何在高密度条件下解决波截止的问题，如何提高电子回旋加热及电流驱动效率，以及如何利用电子回旋波的定域性控制NTM等MHD不稳定性，这也是国际热核实验反应实验堆（ITER）电子回旋系统的主要研究内容之一。为了解决HL-2A 装置电子回旋系统无法实时控制沉积区域，微波在斜入射情况下由于O 模或X模式纯度不高而影响加热及驱动效率等问题，基于国际上电子回旋系统发展方向及研究热点，本项依托HL-2A/M装置及已建成的电子回旋系统，开展了可任意改变微波极化形式的极化器、可快速改变微波注入角度的发射天线、以及根据实验需求实时反馈控制电子回旋波沉积位置的技术研究，解决了微波在不同角度注入时在等离子体中的可接近性、有效控制电子回旋波沉积位置、有效抑制MHD不稳定性改善等离子体约束等关键工程技术及实验技术的瓶颈问题。（1）在天线研制方面，完成HL-2A装置2MW天线升级改造，环向角度变化范围-25~25度，极向-17~17度，极向转动0.6度响应时间10ms，转动覆盖整个等离子体截面时为250ms，角度控制精度0.3度（对应至等离子体截面的距离约为4mm）。根据对HL-2A装置磁岛宽度和位置的分析及初步实验判断，表明该天线控制精度及响应速度完全可以满足开展实时抑制NTM等先进物理实验的需求。（2）在极化器研制方面，采用坐标变化法及矢量积分法完成了快速可控极化器组合的设计与研制，并在低功率平台上对其极化参数进行了测试，验证了数值算法及设计的合理性。该极化器能够实现与天线的实时联动，以获取理想的微波极化形式，从而有效提高加热及电流驱动效率。（3）在电子回旋波沉积位置实时反馈控制系统研制方面，完成系统硬件集成及控制与计算代码开发，系统总体响应时间——即从发出磁岛判断信号、启动回旋管及天线到天线发射角度到达指定位置所需时间约为200ms。该系统性能在HL-2A装置实验中得以验证，实现了对TM撕裂模的实时抑制。以上技术的研究及问题的解决，优化了HL-2A/M装置电子回旋系统性能，有效提高了波与等离子体的耦合效率，为提升HL-2A/M装置等离子体品质及开展先进物理实验研究提供了强有力的技术支撑及实验平台。在此平台上获得的先进实验研究成果提高了我国在国际上相关技术研究领域的参与度，也为ITER电子回旋技术及实验研究提供了数据支持。