一种磁约束聚变装置偏滤器入口位置的实验判定方法

本发明属于磁约束聚变领域，具体涉及一种磁约束聚变装置偏滤器入口位置的实验判定方法。

背景技术：

1、磁约束聚变装置，如托卡马克装置中，偏滤器承担着排出从主等离子体流入的粒子流和热流，屏蔽粒子返流的重要作用。偏滤器入口是区分装置主腔室和偏滤器空间的标志，入口内和入口外对粒子的约束存在明显差异。为充分发挥偏滤器的粒子屏蔽作用，促进粒子和热的排出，需要将沿磁力线输运的粒子流充分引入到偏滤器内。然而，实验中由于偏滤器入口区域并不显著，而粒子流的分布范围较宽，一部分粒子不能有效进入偏滤器，容易返回到主腔室，影响主等离子体性能。现有磁约束聚变装置的偏滤器入口位置不太清晰，在一定条件下会导致流向偏滤器的粒子无法完全进入偏滤器，不能被偏滤器有效约束，从而影响主等离子体性能。

2、针对不同磁场位形和偏滤器几何结构，通过实验确定偏滤器入口位置可以为减小粒子流的返流，降低到达偏滤器的热负荷，优化等离子体运行模式提供参考。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种磁约束聚变装置偏滤器入口位置的实验判定方法，通过计算不同偏滤器实验测量信号之间相关系数，得到相关系数对偏滤器表面位置的依赖关系，对比分析判定偏滤器入口位置。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种磁约束聚变装置偏滤器入口位置的实验判定方法，所述方法包括：

4、步骤1、通过磁力线扫描、调整边界磁场结构改变到达偏滤器靶板表面不同位置的粒子流分布，引起偏滤器表面不同位置粒子流密度、偏滤器中性粒子压强等实验测量数据的波动；

5、步骤2、采用相关性分析方法得到粒子流密度与偏滤器中性粒子压强的实验测量数据之间的相关系数，并建立所述相关系数与偏滤器表面不同位置的函数关系；

6、步骤3、基于所述函数关系，通过相关系数的正负号发生变化或者相关系数出现陡变的区域确定偏滤器入口位置。

7、进一步的，采用pearson相关性分析方法计算相关系数：

8、

9、其中， 为x和y两个变量之间的相关系数，代表两个变量x和y之间的协方差，代表两个变量x和y的标准差的乘积，和分别是变量x和变量y的n个值中的第i个值，1≤i≤n，和分别是变量x和变量y的n个值的平均值，所述两个变量x和y包括粒子流密度、偏滤器中性粒子压强等实验测量数据。

10、进一步的，相关系数计算应用于分布测量信号和非分布测量信号之间，或应用于分布测量不同通道信号之间；可以对分布测量不同通道信号进行算术运算后，再与其他信号进行相关系数计算。

11、进一步的，所述步骤3包括，计算所述函数关系的一阶和二阶导数，利用其极值确定偏滤器入口位置。

12、到达偏滤器入口外的粒子流及其引起的等离子体参数的变化与到达偏滤器入口内粒子流引起的偏滤器中性粒子压强等偏滤器内部相关参量变化的相关性较低。通过建立相关系数与偏滤器位置的函数关系，计算该函数二阶导数的极值得到相关系数发生陡变时对应的位置信息，综合多个信号结果分析得到偏滤器入口位置。根据信号的特征，可以采用单通道信号或多个通道信号值算术运算后的值计算相关系数。

13、本发明的有益效果在于，可以利用实验数据计算分析得到不同条件下实际的偏滤器入口位置，有利于偏滤器等离子体磁场位形与偏滤器几何结构的匹配，并为偏滤器几何结构的优化提供参考，促进偏滤器充分发挥其粒子屏蔽及粒子与热的排出效用。

技术特征：

1.一种磁约束聚变装置偏滤器入口位置的实验判定方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种磁约束聚变装置偏滤器入口位置的实验判定方法，其特征在于，采用pearson相关性分析方法计算相关系数：

3.根据权利要求1所述的一种磁约束聚变装置偏滤器入口位置的实验判定方法，其特征在于，相关系数计算应用于分布测量信号和非分布测量信号之间，或应用于分布测量不同通道信号之间；对分布测量不同通道信号进行算术运算后，再与其他信号进行相关系数计算。

4.根据权利要求1所述的一种磁约束聚变装置偏滤器入口位置的实验判定方法，其特征在于，所述步骤3包括，计算所述函数关系的一阶和二阶导数，利用其极值确定偏滤器入口位置。

5.根据权利要求1所述的一种磁约束聚变装置偏滤器入口位置的实验判定方法，其特征在于，监测多种偏滤器测量数据的波动，包括但不限于偏滤器表面不同位置粒子流密度、粒子发射光谱强度、等离子体辐射强度、偏滤器中性粒子压强。

技术总结本发明公开了一种磁约束聚变装置偏滤器入口位置的实验判定方法，涉及磁约束聚变领域。该方法利用磁力线扫描、调整边界磁场结构等多种实验手段改变到达偏滤器靶板表面不同位置的粒子流分布，引起偏滤器表面不同位置粒子流密度、粒子发射光谱强度等实验测量数据的波动，采用一套相关性计算方法得到上述数据与偏滤器中性粒子压强数据之间的相关系数，并建立该相关系数与偏滤器表面不同位置的依赖关系。利用相关系数正负号发生变化或者相关系数出现陡变的区域确定偏滤器入口位置。所述方法促进了偏滤器表面热负荷的有效控制，为等离子体放电模式和偏滤器工程结构的优化提供了数据参考。技术研发人员：丁芳,王亮,余耀伟,丁锐,周海山,左桂忠,罗广南,胡振华,赵平安受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/18