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托卡马克高约束稳态物理的探路者——东方超环
1
作者 颜宁 徐国盛 万宝年 《物理》 CAS 北大核心 2024年第11期731-740,共10页
人类已经在实验室通过托卡马克装置实现了10MW量级的可控氘氚核聚变反应,磁约束聚变研究进入到了实验堆时代。托卡马克高约束稳态运行成为开发商用聚变能的关键。中国全超导托卡马克装置(东方超环,EAST)瞄准国际热核聚变实验堆(ITER)和... 人类已经在实验室通过托卡马克装置实现了10MW量级的可控氘氚核聚变反应,磁约束聚变研究进入到了实验堆时代。托卡马克高约束稳态运行成为开发商用聚变能的关键。中国全超导托卡马克装置(东方超环,EAST)瞄准国际热核聚变实验堆(ITER)和未来聚变堆稳态运行的需求,在前沿稳态物理研究中获得重要进展,率先演示了托卡马克高约束稳态模式的长脉冲运行,为ITER运行和未来聚变堆设计提供了重要参考。 展开更多
关键词 磁约束聚变 托卡马克 高约束模式 稳态运行 ITER
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强磁场托卡马克环向场线圈应力缓解研究
2
作者 王富甲 陈德鸿 +2 位作者 徐国盛 吴佳戎 万宝年 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-6,共6页
针对强磁场托卡马克环向场(TF)线圈应力过大、结构材料难以承受的问题,根据静水应力原理分析了通过外部承压结构来降低TF线圈内腿应力的有效性。采用COMSOL有限元软件开展模拟,研究了液氮冷却强磁场铜导体托卡马克外部承压结构在不同厚... 针对强磁场托卡马克环向场(TF)线圈应力过大、结构材料难以承受的问题,根据静水应力原理分析了通过外部承压结构来降低TF线圈内腿应力的有效性。采用COMSOL有限元软件开展模拟,研究了液氮冷却强磁场铜导体托卡马克外部承压结构在不同厚度下TF线圈磁体应力的降低程度;对比了铍铜合金和无氧铜作为导体材料所需要的外部承压结构的厚度和体积。 展开更多
关键词 托卡马克 强磁场 环向场线圈 应力缓解
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磁约束燃烧等离子体物理的现状与展望
3
作者 孙有文 仇志勇 万宝年 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第17期1-13,共13页
本文从设计和运行托卡马克聚变堆需求的角度,简要概述了托卡马克高约束运行方案和高能量粒子约束涉及的关键物理的发展现状和挑战.过去几十年中,托卡马克高约束模式物理研究取得了重要进展,明确了聚变堆运行区的主要稳定性和约束的限制... 本文从设计和运行托卡马克聚变堆需求的角度,简要概述了托卡马克高约束运行方案和高能量粒子约束涉及的关键物理的发展现状和挑战.过去几十年中,托卡马克高约束模式物理研究取得了重要进展,明确了聚变堆运行区的主要稳定性和约束的限制条件及其性能优化的主要调控手段,发展了感应、混合和稳态等若干可能适用于未来托卡马克聚变堆的运行方案.在反应堆阿尔法粒子加热主导的条件下,潜在主导阿尔法粒子输运损失的阿尔芬不稳定性的线性谱特征和激发机制得到了充分的理解;在阿尔芬不稳定性的非线性饱和、阿尔法粒子约束,及通过加热沉积和微观湍流对等离子体约束的影响等方面开展了大量的实验和理论探索.当前,磁约束聚变物理已进入临近点火燃烧等离子体研究的新阶段,面临着全新的挑战,如:聚变堆条件下如何实现高能量阿尔法粒子对等离子体有效自加热;在阿尔法粒子自加热为主条件下,如何通过调控等离子体关键参数分布维持等离子体稳定性和高约束性能,实现聚变堆高效安全运行;能否建立全尺度模型,实现聚变堆复杂等离子体的长时间动力学过程的准确预测等.这些关键问题的解决,可为未来聚变堆的设计和运行奠定坚实的物理基础,同时推动等离子体学科的发展. 展开更多
关键词 磁约束核聚变 托卡马克 燃烧等离子体物理 运行方案
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零维系统模型改进及其对EAST稳态运行区的分析和预测
4
作者 于明生 钱金平 +3 位作者 丁斯晔 任启龙 叶阳 万宝年 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期257-266,共10页
零维系统模型已广泛应用于下一代托卡马克装置设计以及聚变反应堆等离子体性能的预测和分析,但普遍采用物理近似和经验公式会导致较大的系统性误差.本文通过引入等离子体平衡程序使主要等离子体分布参数及其计算基于磁面信息,引入Saute... 零维系统模型已广泛应用于下一代托卡马克装置设计以及聚变反应堆等离子体性能的预测和分析,但普遍采用物理近似和经验公式会导致较大的系统性误差.本文通过引入等离子体平衡程序使主要等离子体分布参数及其计算基于磁面信息,引入Sauter模型的自举电流系数与碰撞率变化关系改进自举电流计算,利用EAST上的实验结果对改进后的模型进行验证,零维系统模型计算结果与动理学平衡分析结果基本符合.利用改进模型从已有实验结果出发,对EAST上实现500 kA等离子体电流的稳态、长脉冲运行区所需要的加热/电流驱动功率及其能够达到的归一化比压进行了分析和预测.计算结果表明,EAST在7.0—9.5 MW加热/驱动功率,约束改善因子H98为1.25—1.35,归一化密度f_(nG)约为0.9的参数范围内可以实现500 kA等离子体电流且自举电流份额在50%以上的稳态运行;9.5 MW加热/驱动功率,H_(98)为1.0—1.4,f_(nG)为0.8—1.0的参数范围可以实现较高性能的长脉冲或稳态运行.综合来说,提升等离子体约束性能,可在较低的加热/驱动功率下实现同样等离子体参数的完全非感应运行,扩展等离子体运行区,是实现高参数等离子体稳态运行最为有效的途径. 展开更多
关键词 零维系统模型 平衡 Sauter 模型 稳态运行
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EAST反磁剪切q_(min)≈2条件下磁流体力学不稳定性及内部输运垒物理实验结果简述
5
作者 徐明 徐立清 +10 位作者 赵海林 李颖颖 钟国强 郝保龙 马瑞瑞 陈伟 刘海庆 徐国盛 胡建生 万宝年 EAST团队 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第21期10-29,共20页
托卡马克装置内,建立和维持内部输运垒结构是提高等离子体约束的重要保障.本文简单概述了EAST反磁剪切q_(min)≈2实验条件下建立和维持内部输运垒的关联物理过程:“离轴锯齿”和双撕裂模不稳定性;快离子激发的阿尔芬波不稳定性;热粒子... 托卡马克装置内,建立和维持内部输运垒结构是提高等离子体约束的重要保障.本文简单概述了EAST反磁剪切q_(min)≈2实验条件下建立和维持内部输运垒的关联物理过程:“离轴锯齿”和双撕裂模不稳定性;快离子激发的阿尔芬波不稳定性;热粒子激发的低频模不稳定性等.首先,“离轴锯齿”是判断实验条件q_(min)≤2的重要依据.文中详细介绍了“离轴锯齿”的激发条件、分类方式和先兆模结构等基本特征,其崩塌事件由m/n=2/1双撕裂模磁重联诱发产生.其次,在“离轴锯齿”振荡期间,快离子很容易激发比压阿尔芬本征模和反剪切阿尔芬本征模.这两类阿尔芬本征模的环向模数为1≤n≤5,径向位置为环向区域1.98 m≤R≤2.07m(磁轴R0≈1.9 m,归一化小半径0.2≤ρ≤0.45).简述阿尔芬波的激发条件和3种不同物理量(热压力梯度、快离子分布函数和环向流速剪切)等之间的关系.第三,在“离轴锯齿”振荡期间,热压力梯度可以诱发低频模不稳定性.利用一般鱼骨模色散关系很容易得出EAST上低频模的基本特征:1)离子抗磁漂移频率大小;2)阿尔芬波极化方向;3)反应型动理学气球模特征.低频模不稳定性的激发不依赖快离子,主要发生在高的压力梯度区α∝(1+τ)(1+ηi),τ=Te/T_(i),ηi=Lni/LT_(i),也即是足够高的τ和ηi.最后,“离轴锯齿”不稳定性的抑制和内部输运垒结构的建立.EAST内q_(min)≈2条件下内部输运垒建立过程中包括3个重要过程:1)切向(NBI1L)注入比垂直方向(NBI1R)注入的中性束更容易缓解“离轴锯齿”的爆发周期;2)存在“离轴锯齿”的情况高效缓解微观不稳定性,且此位形更有利于内部输运垒结构的建立;3)内部输运垒建立过程中伴随阿尔芬波(1≤n≤5)不稳定性的激发,内部输运垒维持期间存在热离子温度梯度激发的中尺度微观不稳定性(5≤n≤10)等.因此,理解和掌握“离轴锯齿”实验条件的建立和抑制、阿尔芬波的激发和快离子的再分布、热压力梯度相关不稳定性等物理过程,对于内部输运垒形成机制的理解具有重要的借鉴意义. 展开更多
关键词 双撕裂模不稳定性 阿尔芬本征模 低频模不稳定性 内部输运垒
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磁约束等离子体中的高能量粒子专题编者按
6
作者 陈伟 黄娟 +1 位作者 仇志勇 万宝年 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第21期9-9,共1页
磁约束聚变等离子体中,中性束注入或射频波加热能够产生几十千至兆电子伏特能量的高能量粒子,氘氚聚变产物阿尔法粒子的初始能量为3.5 MeV.高能量离子通常具有较大径向尺度的运动轨道,一般不会冻结在磁力线上,可能还出现直接的轨道损失... 磁约束聚变等离子体中,中性束注入或射频波加热能够产生几十千至兆电子伏特能量的高能量粒子,氘氚聚变产物阿尔法粒子的初始能量为3.5 MeV.高能量离子通常具有较大径向尺度的运动轨道,一般不会冻结在磁力线上,可能还出现直接的轨道损失.由于高能量粒子存在固有的自由能(压强梯度和速度空间各向异性),其特征轨道运动会与剪切阿尔芬波及低频磁体不稳定性发生共振相互作用,激发各种阿尔芬本征模和能量粒子模不稳定性,如环向阿尔芬本征模和鱼骨模等.这些不稳定性与高能量粒子之间的非线性相互作用反过来会导致高能量粒子对流及扩散损失.直接轨道损失和输运损失的高能量粒子有可能轰击在聚变反应堆的第一壁上,缩短第一壁使用寿命,甚至会导致反应堆无法正常运行. 展开更多
关键词 非线性相互作用 运动轨道 聚变反应堆 初始能量 射频波 阿尔法粒子 阿尔芬波 磁约束聚变
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加快中西部中等职业教育基础能力建设
7
作者 万宝年 《教育与职业》 北大核心 2012年第28期11-11,共1页
目前，中等职业学校基础能力仍然薄弱，生均办学指标偏低、办学经费紧缺、优质资源不足、骨干示范学校偏少、专业建设和实训基地建设滞后，加上观念差异，造成社会认可度不高，中职招生困难、人才培养质量不高，影响中等职业教育的发展... 目前，中等职业学校基础能力仍然薄弱，生均办学指标偏低、办学经费紧缺、优质资源不足、骨干示范学校偏少、专业建设和实训基地建设滞后，加上观念差异，造成社会认可度不高，中职招生困难、人才培养质量不高，影响中等职业教育的发展。尤其在中西部地区表现较为明显，需要加快发展、加速推进。 展开更多
关键词 基础能力建设 中等职业教育 中西部地区 中等职业学校 实训基地建设 人才培养质量 办学经费 社会认可度
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EAST装置的磁探针设计 被引量：11
8
作者 奚维斌 武松涛 +2 位作者 沈飚 万宝年 宋云涛 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2008年第1期73-76,共4页
介绍了EAST装置中磁探针设计中的结构、安装位置、匝面积的标定、幅频响应,并给出了该磁探针的标定误差和Mirnov线圈幅频响应特征图。两轮EAST放电试验表明,电磁测量的信号满足装置运行和等离子体控制的需要。
关键词 EAST装置 磁探针 幅频响应 工程设计
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HT-7U石墨材料在HT-7超导托卡马克装置的先行实验 被引量：8
9
作者 胡建生 李建刚 +5 位作者 曾敏 辜学茂 张晓东 万宝年 龚先祖 陈俊凌 《真空科学与技术》 CSCD 北大核心 2001年第3期245-249,共5页
通过对 1种新型石墨材料进行等离子体轰击实验 ,近似计算出材料的热导率大约为 70W /m·K ,石墨可以承受高达 2 41MW/m2 的能流密度 (实验中最大值 )。模头位置及波加热条件下 ,石墨受等离子体轰击程度的不同 ,主要与轰击粒子能量... 通过对 1种新型石墨材料进行等离子体轰击实验 ,近似计算出材料的热导率大约为 70W /m·K ,石墨可以承受高达 2 41MW/m2 的能流密度 (实验中最大值 )。模头位置及波加热条件下 ,石墨受等离子体轰击程度的不同 ,主要与轰击粒子能量有关。在等离子体能量梯度方向改变石墨位置比增加等离子体能量更易达到大的能流轰击。石墨材料的抗轰击能力及抗溅射能力都比较好 ,在长时间等离子体轰击情况下 ,由石墨材料产生的杂质足够低 ,不影响等离子体放电 。 展开更多
关键词 石墨 热导率 能流 杂质 HT-7U超导托卡马克装置 等离子体轰击实验
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HT-6M托卡马克限制器前H_α谱线型分布的测量 被引量：2
10
作者 徐伟 万宝年 +2 位作者 李建刚 方自深 谢纪康 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第3期413-417,共5页
利用多道光学分析仪（ＯＳＭＡ）测出了ＨＴ－６Ｍ托卡马克限制器前Ｈα谱线型分布，并从线型分布得到中性氢原子能量分布，分析了发生在边界的原子、分子过程。通过拟合Ｈα谱线型分布的远翼，由多普勒展宽求出等离子体离子温度。
关键词 Hα谱线线型 能量分布 托卡马克 等离子体
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EAST中高精度长时间积分器系统的研究 被引量：3
11
作者 刘冬梅 万宝年 +1 位作者 何怡刚 沈飙 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2013年第11期246-250,共5页
研究积分器系统优化设计问题。采用积分器对感应式线圈的输出微分信号进行积分,由于存在零点漂移和地线电压差带来的误差,积分误差导致积分器不能长时间工作。如何减少积分误差,是设计长时间积分器的难点。针对以上两种积分误差,提出一... 研究积分器系统优化设计问题。采用积分器对感应式线圈的输出微分信号进行积分,由于存在零点漂移和地线电压差带来的误差,积分误差导致积分器不能长时间工作。如何减少积分误差,是设计长时间积分器的难点。针对以上两种积分误差,提出一种新型的积分误差补偿型积分器,采用基本积分电路对信号的输出信号作为补偿量,对积分误差进行实时补偿。针对积分器的运算关系及误差,采用软件OrCAD PSpice对新型积分器进行了仿真,仿真结果表明,设计电路用于全超导托卡马克实验装置东方超环装置(EAST)中,可以有效消除积分误差,具有低漂移和高精度的特点,满足东方超环装置EAST的实验要求。 展开更多
关键词 积分器 积分误差补偿 东方超环装置 高精度
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HT-7中长时间低漂移模拟积分器的研制 被引量：6
12
作者 刘冬梅 万宝年 沈飚 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2007年第3期447-451,469,共6页
电磁测量是托卡马克装置中最基本的诊断方法,通常利用磁感应原理来测量HT-7装置内部磁场和磁通,因此需要用积分器对磁测量的输出信号进行积分。讨论了单运放模拟积分器的特点,提出了利用实时积分漂移补偿的方法设计新型积分器,解决了积... 电磁测量是托卡马克装置中最基本的诊断方法,通常利用磁感应原理来测量HT-7装置内部磁场和磁通,因此需要用积分器对磁测量的输出信号进行积分。讨论了单运放模拟积分器的特点,提出了利用实时积分漂移补偿的方法设计新型积分器,解决了积分过程中积分器本身的等效输入偏移量、温度漂移及地噪声等带来的积分误差。给出了系统原理和设计框图,并在HT-7超导托卡马克的实验中,验证了该积分器能够满足等离子体长时间放电对积分器在积分精度和噪声精度上的要求。 展开更多
关键词 积分器 长时间 低漂移 实时积分漂移补偿 HT-7
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斩波式低漂移长时间积分器 被引量：2
13
作者 魏永清 谢纪康 +1 位作者 万宝年 沈飙 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2006年第3期246-251,共6页
通过对托卡马克中模拟积分器积分误差的分析,设计了一种由数字信号处理部件动态抑制这些误差的斩波式积分器,并在实验中获得了长时间、低漂移的积分效果。
关键词 积分器 斩波 长时间 低漂移
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基于电压频率转换器的隔离式长时间积分器 被引量：3
14
作者 魏永清 谢纪康 万宝年 《化工自动化及仪表》 EI CAS 2006年第3期55-58,63,共5页
输入误差会随积分时间产生累积的误差特点使得长时间低漂移积分器成为磁测量系统的设计难点,为了提高长时间积分器的精度和满足实验现场环境需要,利用电荷平衡式电压频率转换器(VFC)内部的微型积分器,替代由分立元件构成的模拟积分电路... 输入误差会随积分时间产生累积的误差特点使得长时间低漂移积分器成为磁测量系统的设计难点,为了提高长时间积分器的精度和满足实验现场环境需要,利用电荷平衡式电压频率转换器(VFC)内部的微型积分器,替代由分立元件构成的模拟积分电路,设计一种高隔离度的长时间积分器。对具体的系统算法、设计方案及误差来源作了详细的描述和分析,并在最终的设计中获得了长时间低漂移的积分效果。 展开更多
关键词 积分器 电荷平衡 电压频率转换器 高隔离度 长时间
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HT-7托卡马克装置上微波辐射测量研究 被引量：3
15
作者 凌必利 徐玉存 万宝年 《微波学报》 CSCD 北大核心 2005年第B04期66-69,共4页
15道组成的电子回旋辐射温度测量系统,已安装在HT 7装置上,可以测量98GHz^124GHz来自于HT 7托卡马克等离子体的电子回旋辐射波的强度,从而获得电子温度。和其他电子温度诊断,如软x射线能谱记数,汤姆逊散射诊断以及边界静电探针相比,具... 15道组成的电子回旋辐射温度测量系统,已安装在HT 7装置上,可以测量98GHz^124GHz来自于HT 7托卡马克等离子体的电子回旋辐射波的强度,从而获得电子温度。和其他电子温度诊断,如软x射线能谱记数,汤姆逊散射诊断以及边界静电探针相比,具有较好的时间分辨并可以给出电子温度分布。实验结果显示,在欧姆放电条件下,可以给出电子温度的时间演变,并在大于1. 8T的纵场条件下,给出等离子体电子温度的分布。 展开更多
关键词 托卡马克 电子回旋辐射 电子温度分布
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用MONTE CARLO方法计算托卡马克装置的中性氢原子密度分布 被引量：2
16
作者 张先梅 李有宜 万宝年 《计算物理》 CSCD 北大核心 1999年第6期606-609,共4页
简要描述了计算托卡马克中性氢密度分布的ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ 方法。计算了ＨＴ６Ｂ、ＨＴ６Ｍ装置的中性氢原子密度分布，与实验结果进行了比较。
关键词 托卡马克 中性氢原子 密度分布 M-C法
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EAST超导托卡马克装置逆磁线圈设计 被引量：1
17
作者 奚维斌 沈飚 +2 位作者 钱金平 武松涛 万宝年 《核聚变与等离子体物理》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期145-149,共5页
介绍了EAST托卡马克逆磁线圈加补偿线圈的逆磁测量。该方法的优点是补偿线圈有效地消除了纵场线圈产生的磁通变化,而调节机构能降低来自极向场的误差信号。详细地叙述了逆磁线圈工程设计中考虑的材料选择和结构设计对逆磁线圈的影响。... 介绍了EAST托卡马克逆磁线圈加补偿线圈的逆磁测量。该方法的优点是补偿线圈有效地消除了纵场线圈产生的磁通变化,而调节机构能降低来自极向场的误差信号。详细地叙述了逆磁线圈工程设计中考虑的材料选择和结构设计对逆磁线圈的影响。最后给出了次测量系统的误差分析。 展开更多
关键词 EAST托卡马克 逆磁线圈 纵场磁通 工程设计
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HT-7超导托卡马克上时间分辨中子注量率测量 被引量：1
18
作者 陈珏铨 朱玉宝 +1 位作者 万宝年 李建刚 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期33-37,共5页
本文介绍了HT 7超导托卡马克上的时间分辨中子注量率测量系统。在高参数放电状态下,计算得到中子产额在108 s-1量级,在靠近装置边上的中子注量率处于 102 cm-2 ·s-1 量级,因此,选择 BF3正比计数管作为探测器。经过多次实验,测量系... 本文介绍了HT 7超导托卡马克上的时间分辨中子注量率测量系统。在高参数放电状态下,计算得到中子产额在108 s-1量级,在靠近装置边上的中子注量率处于 102 cm-2 ·s-1 量级,因此,选择 BF3正比计数管作为探测器。经过多次实验,测量系统运行稳定可靠,测量得到的中子注量率和估算得到的中子注量率在误差范围内一致。 展开更多
关键词 托卡马克 中子产额 时间分辨 中子注量率 磁约束 等离子体聚变
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EAST极向场电源电流检测系统中新型积分器的设计 被引量：2
19
作者 刘冬梅 卢钊 +3 位作者 万宝年 王林森 蒋力 何怡刚 《核电子学与探测技术》 北大核心 2015年第12期1167-1171,共5页
超导托卡马克聚变实验装置(EAST)极向场电源为极向场超导线圈供电,实现各种不同要求的等离子体位形和不同运行模式下等离子体的产生、加热、平衡以及控制。为了检测极向场电源系统中变流器的电流,本文设计了由具有低漂移特性的新型积分... 超导托卡马克聚变实验装置(EAST)极向场电源为极向场超导线圈供电,实现各种不同要求的等离子体位形和不同运行模式下等离子体的产生、加热、平衡以及控制。为了检测极向场电源系统中变流器的电流,本文设计了由具有低漂移特性的新型积分器和具有电磁感应功能的罗柯线圈组成的电流检测系统,可获取与检测电流成正比的电压信号,用于计算极向场电源系统参数并诊断故障。作为电流检测系统的核心部分,新型积分器具有低误差、低漂移、高信噪比、输入输出电气隔离等优点。目前已成功设计安装100路积分器,可在极向场电源系统中同时检测多个测试点的电流。 展开更多
关键词 EAST 极向场电源 等离子体 积分器
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HT-6M托卡马克电荷交换复合辐射的测量 被引量：2
20
作者 徐伟 万宝年 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第2期225-228,共4页
利用光学多道分析仪和单道近紫外系统分别测量了ＨＴ－６Ｍ托卡马克ＣⅥ（２０７．１ｎｍ）谱线线形分布和时间行为。
关键词 线形分布 电荷交换复合 托卡马克 辐射谱线
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