【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁约束核聚变，具体涉及一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法。
技术介绍
1、偏滤器是托卡马克、仿星器等磁约束核聚变实验装置中最为重要的内部部件之一，起到排除热和粒子、提高聚变等离子体约束性能的作用。由于偏滤器表面直接面对高温等离子体，大量热流及粒子流的冲击将造成偏滤器的不可逆损伤，引起杂质溅射和核燃料稀释等问题，超高偏滤器热负荷不但会损坏装置，还将造成严重的安全问题。
2、通过主动注入杂质气体可以辐射掉一部分偏滤器热流，使偏滤器等离子体处于脱靶(detachment)状态运行是应对上述问题最重要的技术方案之一。
3、1、受控变量与脱靶状态间的关联性：目前实现等离子体主动脱靶主要通过反馈控制等离子体辐射功率实现，然而等离子体辐射功率本身并不能直接表征脱靶深度，部分情况下，即使实现较大的辐射功率，等离子体也不一定能达到脱靶运行状态。其他受控变量，如偏滤器粒子流在等离子体脱靶过程中的变化相对复杂，实现反馈控制高度依赖实验数据积累，泛用性较低，因此，寻找一种物理上能够更好表征脱靶过程且控制方案相对简单的受控变量非常重要；
4、2、保护聚变等离子体的约束性能：目前的辐射反馈控制系统可以通过监控等离子体储能判断等离子体约束性能是否正常，如果出现储能大幅降低则视为杂质充气使约束性能衰退，但是该参数本身并不能给出高约束模式与低约束模式间的界限，参数设置较为依赖实验人员经验。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于聚变实验堆偏
2、为实现上述目的，本专利技术提出一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法，包括有以下方法步骤：
3、s1、等离子体诊断系统对托卡马克装置发射的聚变等离子体的各类物理量进行测量诊断；
4、s2、数据处理及计算系统通过高速传输网络接收来自s1中等离子体诊断系统的诊断数据；
5、s3、数据处理及计算系统运行计算程序得到偏滤器温度tsurf,偏滤器热流qt、dγ、dα以及流出主等离子体边界的能量psep数据，通过高速传输网络发送至等离子体控制系统；
6、s4、等离子体控制系统运行集成偏滤器热负荷及脱靶反馈控制算法，计算受控变量fγ-α，根据优先级顺序调整控制算法工作状态；
7、s5、根据s4的计算结果，等离子体控制系统将控制命令发送至集成偏滤器充气阀门后，高速传输网络将控制命令输送至托卡马克装置充气系统，托卡马克装置充气系统执行大气量杂质注入、反馈控制注入或暂停注入；
8、s6、反馈控制算法判断反馈控制是否结束，若结束则等待下一次放电。
9、可选的，所述s1中等离子体诊断系统包括红外相机系统、可见光光谱仪诊断系统以及辐射诊断系统。
10、可选的，所述红外相机系统用于测量偏滤器靶板温度数据，其计算公式如下：
11、p∝t4；
12、式中，p为待测量物体的热辐射功率，为红外相机的直接测量量，t为物体温度，经过标定的红外相机测出材料辐射强度，再根据上式反算出温度，并开发算法反演获得偏滤器靶板上的单位面积热流。红外相机用于反馈控制时时间分辨率可达0.5ms，布置于偏滤器区域转梦用于偏滤器温度测量，测量获得的数据经高速传输网络实时发送至数据处理与计算系统。
13、偏滤器温度及热流在本控制系统中是判断运行状态以及调整反馈控制系统优先级的主要参数。根据理论计算，当钨偏滤器靶板温度高于1200℃且单位面积热流超过10mw/m2时，反馈控制系统即进行过热报警并大量注入杂质气体使偏滤器快速降温。
14、可选的，所述可见光光谱仪诊断系统用于计算氘原子特征光谱数据，可见光光谱仪测量到dα、dγ两种氘原子谱线信号后通过高速数据网络发送至数据处理与计算系统，计算上述两种谱线强度的比值作为受控变量发送至等离子体控制系统。光谱仪的时间分辨率可达到约5μm，测量的波长范围约为
15、可选的，所述辐射诊断系统用于对流出主等离子体边界的能量psep进行计算，具体计算步骤如下：
16、远紫外辐射量热阵列axuv中的光电二极管在接收光子后转为电信号，可根据电信号计算光子能量，从而得知等离子体的辐射功率，axuv的测量区域覆盖整个真空室极向剖面，垂直和水平的axuv测量阵列相结合，可反演得到二维辐射剖面，从而计算芯部辐射功率pradcore值，再与等离子体加热功率相减即可算出流出主等离子体边界的能量psep。上述反演及计算过程又数据处理与采集系统完成，axuv测量的原始数据经高速数据传输网络发送。psep在控制系统中用于判断等离子体是否处于高约束模式，从而允许/禁止杂质充气。
17、可选的，所述s2中数据处理及计算系统包括高性能并行服务器以及采集机箱，采集机箱在接收到红外相机系统测量数据、可见光光谱仪诊断系统测量数据及辐射诊断系统测量数据后将以统一的数据结构发送至计算服务器，服务器运行计算实时偏滤器温度及热流、dα及dγ强度以及psep的程序，计算结果同样经高速传输网络发送到等离子体控制系统(pcs)，用于反馈控制。等离子体控制系统在放电准备阶段将放电信息以及触发信号打包发送给计算服务器，计算服务器控制采集机箱完成软硬件初始化，在放电结束后关闭采集机箱等待下一次放电。
18、可选的，所述等离子体控制系统用于对聚变等离子体参数、加热、充气、磁线圈各个关键部件的反馈控制，其主要包括软件单元与硬件单元，所述软件单元包括所有反馈控制算法、日志以及离线测试，硬件单元包括实时处理器、时钟、触发、数据及命令收发接口。
19、可选的，所述等离子体控制系统包括低通滤波器、反馈控制器的参数设置、高约束模式监测、控制优先级调节以及控制命令的计算和发送，反馈控制器的参数设置通过反馈控制系统完成。
20、可选的，所述高约束模式监测的具体步骤如下：
21、1)根据等离子体控制系统收集的放电数据计算当前等离子体高约束-低约束模式转换功率pl-h；
22、2)比较psep与pl-h的值，若在一定时间内psep始终低于pl-h，则等离子体约束性能变差，脱靶反馈控制暂停，减少充气,待psep恢复高于pl-h水平。为了提供一定的控制空间，反馈控制器的参数设置当中还可以在高约束模式监测模块中设置常数c，该常数默认为1，调整后比较psep与c*pl-h间的高低。高约束模式监测只在稳态脱靶控制阶段起效，当反馈控制系统处于过热异常状态时无效。
23、可选的，所述控制优先级调节将反馈控制系统划分为过热异常、约束性能不足及稳态脱靶三种状态，过热异常判断标准为偏滤器温度tsurf高于1200℃，且偏滤器热流qt高于10mw/m2且时长达到一定程度(表示为ta，通过控制器参数设置完成本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法，其特征在于，包括有以下方法步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法，其特征在于，所述S1中等离子体诊断系统包括红外相机系统、可见光光谱仪诊断系统以及辐射诊断系统。
3.根据权利要求2所述的一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法，其特征在于，所述红外相机系统用于测量偏滤器靶板温度数据，其计算公式如下：
4.根据权利要求2所述的一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法，其特征在于，所述可见光光谱仪诊断系统用于计算氘原子特征光谱数据，可见光光谱仪测量到Dα、Dγ两种氘原子谱线信号后通过高速数据网络发送至数据处理与计算系统，计算上述两种谱线强度的比值作为受控变量发送至等离子体控制系统。
5.根据权利要求2所述的一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法，其特征在于，所述辐射诊断系统用于对流出主等离子体边界的能量Psep进行计算，具体计算步骤如下：
6.根据权利要求1所述的一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热
7.根据权利要求1所述的一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法，其特征在于，所述等离子体控制系统用于对聚变等离子体参数、加热、充气、磁线圈各个关键部件的反馈控制，其主要包括软件单元与硬件单元，所述软件单元包括所有反馈控制算法、日志以及离线测试，硬件单元包括实时处理器、时钟、触发、数据及命令收发接口。
8.根据权利要求7所述的一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法，其特征在于，所述等离子体控制系统包括低通滤波器、反馈控制器的参数设置、高约束模式监测、控制优先级调节以及控制命令的计算和发送，反馈控制器的参数设置通过反馈控制系统完成。
9.根据权利要求8所述的一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法，其特征在于，所述高约束模式监测的具体步骤如下：
10.根据权利要求8所述的一种基于微波反射实时识别和定位低阶有理面位置的装置，其特征在于：所述控制优先级调节将反馈控制系统划分为过热异常、约束性能不足及稳态脱靶三种状态，过热异常判断标准为偏滤器温度Tsurf高于1200℃，且偏滤器热流qt高于10MW/m2；约束不足判断标准为Tsurf<1200℃或qt<10MW/M2。
...【技术特征摘要】
1.一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法，其特征在于，包括有以下方法步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法，其特征在于，所述s1中等离子体诊断系统包括红外相机系统、可见光光谱仪诊断系统以及辐射诊断系统。
3.根据权利要求2所述的一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法，其特征在于，所述红外相机系统用于测量偏滤器靶板温度数据，其计算公式如下：
4.根据权利要求2所述的一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法，其特征在于，所述可见光光谱仪诊断系统用于计算氘原子特征光谱数据，可见光光谱仪测量到dα、dγ两种氘原子谱线信号后通过高速数据网络发送至数据处理与计算系统，计算上述两种谱线强度的比值作为受控变量发送至等离子体控制系统。
5.根据权利要求2所述的一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法，其特征在于，所述辐射诊断系统用于对流出主等离子体边界的能量psep进行计算，具体计算步骤如下：
6.根据权利要求1所述的一种用于聚变实验堆偏滤器的集成热防护与脱靶控制方法，其特征在于，所述s2中数据处理及计算系统包括高性能并行服务器以及采集机箱，采集机箱在接收到红外相机系统测量数据、可见光光谱仪诊断系统测量数据及辐射诊断系统测量数据后将以统一的数据结构发送至计算服务...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，刘晓菊，丁锐，袁旗平，
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：
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