【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于等離子體診斷領(lǐng)域，具體涉及一種基于多通道極向相關(guān)反射儀識別等離子體芯部安全因子q=1區(qū)域的方法。
技術(shù)介紹
1、微波反射儀是一種重要的等離子體密度診斷工具，它起源于雷達(dá)技術(shù)，即利用微波在非均勻等離子體中的反射現(xiàn)象，通過測量反射微波的相位延遲來計(jì)算探測微波在等離子體中的截止層位置，此截止層位置與入射微波的極化方式、頻率、等離子體電子密度以及磁場強(qiáng)度有關(guān)。極向相關(guān)反射儀是一種專門測量等離子體密度漲落的微波反射儀技術(shù)，其基本原理是將一固定頻率的探測微波打入等離子體，通過測量截止層位置處擾動所引起的相位漲落，從而獲得截止層位置處的等離子體密度漲落信息。經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，當(dāng)同時(shí)向等離子體中打入多個(gè)特定頻率的探測微波，這些微波會在等離子體中不同位置截止，從而可以獲得希望探測區(qū)域的等離子體密度漲落。通過時(shí)域或者頻域相關(guān)分析，可得到密度漲落的頻率、幅度等空間結(jié)構(gòu)信息，此即為多通道極向相關(guān)反射儀。由于極向相關(guān)反射儀對等離子體的干擾小，具有較好的局域測量特性，且系統(tǒng)抗輻照能力強(qiáng)，因此一直是國內(nèi)外現(xiàn)有的以及未來聚變裝置上的重要診斷工具。
2、安全因子（q）分布是托卡馬克裝置等離子體的重要參數(shù)，它通常會呈現(xiàn)（1）單調(diào)分布、（2）芯部區(qū)域q=1且平坦分布、邊界單調(diào)、（3）弱反剪切等多種特征，其中具有第（2）類安全因子分布的等離子體通常稱為混雜運(yùn)行模式，是托卡馬克裝置先進(jìn)運(yùn)行模式的重要一類，是國內(nèi)外聚變界廣泛追求的一類等離子體放電。因此等離子體安全因子分布尤其是q=1區(qū)域的準(zhǔn)確測量具有重要意義。目前等離子體電流分布可以基于動理學(xué)分布的
3、1.efit平衡反演依賴于動理學(xué)分布的準(zhǔn)確性，動理學(xué)分布由等離子體的電子密度分布、電子溫度分布和離子溫度分布組成，這些分布由相應(yīng)的等離子體診斷工具測量，因此動理學(xué)分布的準(zhǔn)確性會受到多個(gè)診斷測量數(shù)據(jù)有效性的影響。
4、2.偏振干涉儀診斷和運(yùn)動斯塔克效應(yīng)診斷測量結(jié)果的誤差，也為等離子體芯部電流分布的反演帶來了不確定性。
5、3.隨著聚變多種實(shí)驗(yàn)場景下的條件變化，為生成的安全因子分布結(jié)果的誤差帶來不確定性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決等離子體安全因子分布計(jì)算存在的上述問題，本專利技術(shù)提出了一種基于多通道極向相關(guān)反射儀來識別等離子體芯部安全因子q=1區(qū)域的方法，可為等離子體芯部電流分布反演提供額外的重要參考信息。本專利技術(shù)提出以下技術(shù)方案：
2、一種基于多通道極向相關(guān)反射儀識別等離子體芯部安全因子q=1區(qū)域的方法，包括：
3、步驟1、磁約束聚變裝置完成一次放電，多通道極向相關(guān)反射儀正常工作，向等離子體發(fā)射多個(gè)不同頻率的探測微波，并同步采集反射信號，所述探測微波的截止位置與微波頻率、等離子體的電子密度、磁場強(qiáng)度有關(guān)多個(gè)探測微波在等離子體中不同位置截止；
4、步驟2、利用權(quán)重平均法提取多通道極向相關(guān)反射儀反射信號中的多普勒頻移的時(shí)間序列fd(t)；
5、步驟3、將多普勒頻移的時(shí)間序列fd(t)與軟x射線診斷的信號做頻域相關(guān)性分析，計(jì)算出兩者之間的相關(guān)系數(shù)；
6、步驟4、將由多通道極向相關(guān)反射儀探測微波的反射信號中提取的多普勒頻移的時(shí)間序列fd(t)分別與軟x射線信號做頻域相關(guān)性分析，計(jì)算出所有相關(guān)系數(shù)，畫出頻域相關(guān)系數(shù)的徑向分布圖；
7、步驟5、分布圖中頻域相關(guān)系數(shù)高于噪聲水平2倍以上的區(qū)域即為魚骨模活動的影響區(qū)域；
8、步驟6、魚骨模活動的影響區(qū)域即等離子體芯部為q=1區(qū)域。
9、本專利技術(shù)提出的一種基于多通道極向相關(guān)反射儀識別等離子體芯部安全因子q=1區(qū)域的方法，其核心是通過多通道極向相關(guān)儀監(jiān)測等離子體芯部區(qū)域的密度漲落信息來直接識別安全因子q=1區(qū)域。該方法基于如下物理原理：魚骨模是托卡馬克等離子中芯部重要的磁流體不穩(wěn)定性，m/n=1/1魚骨模的存在意味著等離子體芯部存在安全因子q=1有理面，且魚骨模的影響區(qū)域通常與安全因子q=1的區(qū)域一致，這里的m和n分別為等離子體中魚骨模的極向和環(huán)向模數(shù)。當(dāng)魚骨模出現(xiàn)時(shí)，由極向相關(guān)反射儀測量到的等離子體電子密度漲落的頻譜會受到魚骨模活動的影響從而顯得不對稱，這種不對稱程度可以用多普勒頻移fd?來表征，且當(dāng)魚骨模幅度越大時(shí)，多普勒頻移的值越大。當(dāng)多通道極向相關(guān)反射儀向等離子體芯部發(fā)射多個(gè)頻率的探測微波，通過監(jiān)測這些探測微波的反射信號的頻譜是否產(chǎn)生多普勒頻移fd可以識別魚骨模的影響區(qū)域，此區(qū)域即為等離子體芯部q=1區(qū)域。
10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：
11、（1）本專利技術(shù)直接監(jiān)測象征安全因子q=1區(qū)域的魚骨模活動的影響范圍來直接識別安全因子q=1區(qū)域，這種方法更加直接，也將更加準(zhǔn)確快速。
12、（2）相比于前述提到的偏振干涉儀和運(yùn)動斯塔克診斷，多通道極向相關(guān)反射儀具有多個(gè)優(yōu)勢：原理技術(shù)簡單，系統(tǒng)可靠性高，研發(fā)成本相對較低；遠(yuǎn)距離測量對等離子體幾乎無干擾，抗輻照能力強(qiáng)等。
13、（3）本專利技術(shù)處理方法簡單，便于工作人員理解，可操作性強(qiáng)。
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1.一種基于多通道極向相關(guān)反射儀識別等離子體芯部安全因子q=1區(qū)域的方法，其特征在于，包括有以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多通道極向相關(guān)反射儀識別等離子體芯部安全因子q=1區(qū)域的方法，其特征在于，步驟2中，權(quán)重平均法具體包括如下步驟：首先，對多通道極向相關(guān)反射儀反射信號進(jìn)行快速傅里葉變換以獲得雙邊功率譜S(f)，然后，通過加權(quán)計(jì)算得出多普勒頻移，是信號頻率，最后，通過在時(shí)間信號上滑動FFT得到多普勒頻移隨時(shí)間演化的時(shí)間序列fD(t)。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于多通道極向相關(guān)反射儀識別等離子體芯部安全因子q=1區(qū)域的方法，其特征在于，步驟3中，多普勒頻移的時(shí)間序列fD(t)與軟X射線診斷信號記為離散信號和，對兩個(gè)離散信號和之間的頻域相關(guān)系數(shù)的求解過程如下，此處的為各函數(shù)值在序列中出現(xiàn)的序號，即時(shí)間點(diǎn)的索引，具體包括以下過程：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于多通道極向相關(guān)反射儀識別等離子體芯部安全因子q=1區(qū)域的方法，其特征在于，步驟5中，將信號功率譜中大于500kHz的高頻成分的頻域相關(guān)系數(shù)的值定義為噪聲水平。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多通道極向相關(guān)反射儀識別等離子體芯部安全因子q=1區(qū)域的方法，其特征在于，包括有以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多通道極向相關(guān)反射儀識別等離子體芯部安全因子q=1區(qū)域的方法，其特征在于，步驟2中，權(quán)重平均法具體包括如下步驟：首先，對多通道極向相關(guān)反射儀反射信號進(jìn)行快速傅里葉變換以獲得雙邊功率譜s(f)，然后，通過加權(quán)計(jì)算得出多普勒頻移，是信號頻率，最后，通過在時(shí)間信號上滑動fft得到多普勒頻移隨時(shí)間演化的時(shí)間序列fd(t)。
3.根據(jù)權(quán)利要...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李恭順，張濤，耿康寧，文斐，張學(xué)習(xí)，李國強(qiáng)，高翔，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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