(页数:56字数:20930)摘 要: SUNIST是中国第一台球形托卡马克装置，其建造目的在于扩展对低环径比的环形等离子体物理的理解，并由非感应方法启动产生一个可维持的靶等离子体，用以研究相关的物理问题。
本次论文工作包括两部分内容，一是放电控制系统的改进和实际应用，一是等离子体的电磁诊断。
控制系统是SUNIST系统中的一个重要组成部分，对系统能否安全有效运行有重要意义。该系统由工控机、工控组态软件、VB驱动程序、ISA卡、I/O机箱、传输电缆等部分组成，实现放电循环的控制，并启动数据采集和诊断系统，完成了从设计到实际应用的转变。
等离子体诊断是实验工作的重要手段和必要基础。SUNIST上首先投入的是最基本的电磁测量。已经安装了Rogowsky线圈、磁通环、2-D Mirnov磁探针、静电探针等诊断设备，测量和分析的基本参量有：等离子体电流、环电压、大环磁通量、等离子体边界的电子密度、温度、电位及其涨落，以及MHD不稳定性分析和平衡分析。
本文最后介绍了SUNIST上初始的放电调试的结果。
关键字： 球形托卡马克，SUNIST，等离子体，控制系统，电磁诊断
Abstract
SUNIST is the first Spherical Tokamak in China, which was build to extend the understanding of toroidal plasma physics at low aspect ratio and produce a maintainable target plasma by non inductive startup for physics research.
This article has two topics, one is improvement and application of discharge control system, and the other is electromagnetic diagnostics for the plasma.
As one of the necessary parts in SUNIST, control system is responsible for a safe and effective operation. The system consists of industrial computer, configuration software, drivers by Visual Basic, ISA bus cards, I/O box, transmission tables, etc. It controls the discharge cycle, acquires data, and startups the diagnostic system. It has accomplished the change from design to actual work.
Plasma diagnostics play an important role in nuclear fusion experiment. The most essential electromagnetic diagnostic tools have been installed on the SUNIST, including Rogowsky coils, flux loops, 2-D Mirnov magnetic probes, Langmuir probes, etc. They can measure plasma current, loop voltage, loop flux, electron density and electron temperature and their fluctuation at edge, MHD instability analysis, equilibrium analysis, and so on.
Finally, the result of initial plasma startup test is introduced.
Key words: spherical tokamak，SUNIST，plasma，control system，
electromagnetic diagnostics
目 录
摘 要 I
Abstract II
目 录 III
第一章 引 言 1
1.1 球形托卡马克研究的意义 1
1.2 球形托卡马克的发展及现状 3
1.3 课题工作 4
1.3.1 等离子体诊断 5
1.3.2 放电控制系统 6
1.3.3 本文内容 6
第二章 SUNIST系统简介 7
第三章 控制系统 10
3.1 控制系统的主要任务 10
3.2 软硬件方案选择 11
3.2.1 硬件部分 11
3.2.2 软件部分 12
3.3 控制流程 13
3.4 控制系统外观 15
3.4.1 主控制界面 15
3.4.2 参数设置界面 18
3.5 板卡及其驱动 19
3.5.1 板卡介绍 19
3.5.2 驱动方式 20
3.5.3 IPC5387和IPC5442任务的实现 21
3.6 I/O机箱 26
3.6.1 I/O机箱的输入输出 27
3.6.2 经过I/O机箱的信号 28
3.7 调试和运行 30
第四章 等离子体诊断 32
4.1 等离子体诊断技术简述 32
4.2 其它装置上的方案参考 32
4.3 SUNIST上需要测量的参数 33
4.4 方案选取 35
4.4.1 磁探针 36
4.4.2 静电探针 38
4.5 安装情况 38
4.5.1 Rogowsky线圈 38
4.5.2 磁通环 40
4.5.3 2-D Mirnov探针阵列 40
4.5.4 静电探针 43
第五章 放电调试 45
第六章 结 论 48
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参考文献 50
第一章 引 言
1.1 球形托卡马克研究的意义
工业化社会的发展对能源的需求越来越大，而且传统的化石燃料效率低、污染重，人类正面临着越来越严重的能源危机，因此寻找清洁环保、储量丰富的新能源是整个世界共同面对的问题。核燃料因为能量密度高而备受瞩目，与原料相对少、有泄漏危险的裂变堆相比，核聚变更是优势突出。聚变反应堆中所需的主要原料氘可以从海水中得到，取之不尽，产物主要是He核和中子，对环境影响比其它能源小得多，因此受控核聚变这一途径受到众多国家的广泛关注。
经典的Lawson判据描述了从能量上维持等离子体所需的最短约束时间的条件，以及由此推出的实现受控聚变的点火条件。点火条件为 ,其中t是等离子体保持约束状态的时间， 是点火时间，可推出它与电子密度 以及每次核反应沉积的能量都成反比。对比氘－氚及氘－氘反应，点火温度近似值为4.5keV和25keV，对典型的 ，可得知 近似为几十秒[22]。约束等离子体有两种方法，即惯性约束和磁约束。托卡马克（Tokamak）途径利用磁场来约束等离子体，是现在的主流途径，磁约束受控核聚变的科学可行性已经得到了验证，其研究成果已足以支持建立实验性的反应堆。与此同时，聚变界也认识到托卡马克装置自身存在着一些不足，最为突出的有：很低的环向磁比压值、过于复杂的结构、运行时中的垂直不稳定性及容易发生等离子体大破裂等，同时传统托卡马克的规模越来越大，进一步发展有经济上的困难。
1986年，美籍科学家彭元凯提出了新的装置概念[1]，当托卡马克等离子体的环径比减小到一定程度（环径比R/a = A < 2）的时候，等离子体的特性会发生强烈的变化，这就是近些年兴起的一种特殊的托卡马克——球形托卡马克（Spherical Tokamak，简称ST），也叫低环径比托卡马克。球形托卡马克与传统托卡马克的比较示意图如下：
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