【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚变反应堆领域，主要涉及一种利用粉末反馈注入控制等离子体边界燃料粒子返流的方法，具体是利用粉末实时反馈注入，从而实现对边界燃料粒子返流的控制。
技术介绍
1、在磁约束核聚变装置中，来自上亿度高温等离子体的强热流、粒子流与直接面对等离子体的器壁之间产生的强烈相互作用，部分燃料粒子直接从器壁反弹，再次进入等离子体，另一部分燃料粒子通过吸附、离子注入、共同沉积等方式滞留在器壁表面，在等离子体放电粒子及热流的作用下从器壁释放返回等离子体，这些燃料粒子来自等离子体与器壁作用后再次返流进入等离子体的过程称作再循环，它直接影响等离子体密度控制、长脉冲高参数等离子体获得及其约束性能。
2、为减少等离子体器壁表面燃料粒子的释放，降低粒子再循环水平，各种面向等离子体的壁材料及其表面处理壁处理技术不断被探索。目前在托卡马克装置中研究的面向等离子体的器壁材料主要是石墨、钨和铍等材料。石墨作为等离子体器壁材料存在一些缺点，如需要长时间壁处理、化学腐蚀会导致其寿命降低、中子辐射下物理和机械性能降低、产生灰尘、等离子体破裂时高热负载下破碎损伤，尤其会造成严重的燃料滞留，导致在等离子体放电过程中氢同位素的大量释放。钨材料目前也被选择为器壁的材料，但是由于其原子数高，等离子体对其容忍的含量很低以及氧对其化学腐蚀及高活化性可能会影响其广泛应用。铍具有较低的熔化温度、潜在的有毒性、相对高的溅射率，其应用受到一定限制，一般用于能流密度不高的等离子体壁材料。常规的壁处理方式有烘烤、直流辉光放电清洗、离子回旋放电清洗等，最常用的方法是升高器壁的温
3、但是这些壁处理的方法只能放电前进行处理，不能在放电过程中实时处理。目前粉末注入的方式，可以实现放电过程中实时处理再循环，但是只能预设粉末注入的固定流量值，不能根据实验过程中实时再循环水平进行流量的调整。在这种情况下，随着聚变装置等离子体脉冲长度的拉长，燃料粒子再循环的控制变得更加困难。因为随着脉冲长度拉长，器壁滞留的燃料粒子将达到饱和，随着器壁温度的上升波动将非常容易释放出来重新进入等离子体，引起粒子返流，增强粒子再循环，严重制约长脉冲放电中等离子体密度控制，甚至导致放电的终止。在千秒量级长脉冲尺度难以通过现有的第一壁预处理、固定流量粉末注入的方式实现燃料再循环的有效控制，严重制约长脉冲等离子体放电的获得及稳态维持。
技术实现思路
1、本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种利用粉末反馈注入控制等离子体边界燃料粒子返流的方法，以解决聚变装置内等离子体长脉冲燃料粒子再循环控制的难题。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、步骤1：利用可见光谱诊断系统测量实时da值，da值大小定性地反映了燃料再循环的水平高低；
4、步骤2：在等离子体控制系统中使用低通滤波器对测量的da值进行滤波处理，同时设定目标da值的大小，当实际da值大于设定的目标da值时，根据pid算法公式，计算输出控制电压信号，差值越大，输出电压值越大。输出电压值的大小最终决定锂粉注入流量的大小。当实际da值小于等于设定的目标da值时，输出电压值大小为0；
5、步骤3：利用波幅映射转换器转换pcs输入的电压信号为正弦波信号，并输出至锂粉注入系统；
6、步骤4：锂粉注入系统接收电压信号，向聚变装置中注入锂粉。通过注入的锂粉吸附等离子体和器壁发生相互作用产生的燃料粒子，从而减少燃料粒子的返流，同时da线辐射强度也会减小。循环以上步骤，直至放电结束。
7、更进一步地，所述可见光谱诊断系统通过在聚变装置水平窗口的上部和下部安装反射镜，从而探测为上、下偏滤器区域和部分内壁的da线辐射强度；
8、更进一步地，所述等离子控制系统为能够在获取等离子体参数诊断信息的基础上，运行控制算法实现等离子体参数的控制系统，所述pid算法公式为,其中，表示设定的目标值da，表示t时刻da的值。分别为比例、积分、差值参数，为输出的电压值。
9、更进一步地，所述波幅映射转换器用于将输入信号输出为幅值为对应电压值大小、特定频率的正弦波信号，分为信号输入模块、信号处理模块、信号输出模块、显示模块，其中信号输入模块包括信号隔离放大器、电阻分压电路，将输入信号电压值按比例缩放到0-3.3v，以便于信号处理模块采集。信号处理模块采集输入的电压信号，采集口每隔10ms采集一个点，然后用该点的值作为正弦波信号的幅值，一直生成该幅值大小频率为2250hz的正弦波，每个周期生成256个点，直到采集到下一个点，重复执行上过程。0-3.3v输入的电压信号，经过信号处理模块之后，转换成频率为2250hz、幅值为对应时刻输入电压值大小的正弦波电压信号。信号输出模块主要实现输出的正弦信号的射随、滤波和放大功能。射随和滤波电路用于消除生成模拟信号中的噪声，而放大电路用于将原先缩放的电压值重新按比例扩大到0-5v。显示模块用于显示当前时刻的电压值和输出正弦波信号的频率。
10、更进一步地，所述锂粉注入系统核心部件为一个中间带小圆孔的压电陶瓷片，压电陶瓷片的上方是存储锂粉的通底圆柱形容器，下方连接导管通往聚变装置。压电陶瓷片施加正弦波电压振动时，锂粉滑向小圆孔进入聚变装置。正弦波电压信号的幅值影响陶瓷片振动幅度，从而影响锂粉注入流量。
11、本专利技术的优点是：
12、本专利技术利用粉末注入控制边界燃料粒子返流，在等离子体放电过程中根据实时再循环水平，自动调整粉末注入流量，实现燃料再循环的实时控制。一方面当再循环水平较低时，可以避免注入过多的粉末造成浪费，另一方面当再循环水平持续升高时，可以增大粉末注入流量，降低再循环水平，进而达到降低在等离子体放电过程中燃料粒子返流的目的，促进聚变装置科学目标的实现，为未来聚变装置燃料粒子控制开拓新思路。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种利用粉末反馈注入控制等离子体边界燃料粒子返流的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用粉末反馈注入控制等离子体边界燃料粒子返流的方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种利用粉末反馈注入控制等离子体边界燃料粒子返流的方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种利用粉末反馈注入控制等离子体边界燃料粒子返流的方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的一种利用粉末反馈注入控制等离子体边界燃料粒子返流的方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种利用粉末反馈注入控制等离子体边界燃料粒子返流的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用粉末反馈注入控制等离子体边界燃料粒子返流的方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种利用粉末反馈注入控制等...
【专利技术属性】
技术研发人员：左桂忠，汪哲，吴凯，黄耀，徐伟，黄明，胡建生，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。