在EAST装置上利用双极化频率调制反射计研究中性粒子穿透对高约束模下的台基区密度分布的影响

中性粒子在决定高约束模下的密度台基区宽度中起多大作用一直是一个悬而未决的热点问题，由于将来的ITER装置运行密度和装置尺寸都远大于现在的托克马克，中性粒子作为台基区粒子源的作用在ITER装置中被认为会大幅降低，所以中性粒子与台基区的相关程度会严重影响到人们对ITER运行状态的预测。本项目的研究目标是，利用先进的双极化频率反射计系统测量EAST托克马克装置高约束模下各种参数情况下的密度在台基区的分布情况，以及利用超声分子束注入系统研究密度台基宽度与中性粒子源的联系。

利用本项目，我们在EAST托克马克上搭建了一套X模的连续波频率调制密度剖面反射计。这套系统是通过HTO微波源产生连续的从12.5GHz到18GHz的扫频信号，经过四倍频放大器之后频率变为50GHz到72GHz，落在V-band的范围之内。角锥喇叭的极化方向是垂直于边界等离子体的磁力线的方向。根据这个频率范围和极化方式，这套系统测量的密度范围是0.5e19m-3到3e19m-3(当纵场为1.8T时)，时间分辨率是12.5微秒到50微秒。由于不知道边界等离子体的密度，我们通过经验公式来假设，再反演得到整个密度分布。这种计算方法最大的空间误差大约4cm。通过这套系统，我们观测到等离子体从低约束模到高约束模的密度分布的演化过程，得到了EAST装置上的台基区顶点的密度值以及台基区的密度梯度。利用本项目，我们在EAST装置上搭建了一套多普勒反射计系统，它由两个独立的子系统组成，分别覆盖Q-band和V-band。前段光学系统由一个平面反射镜和一个椭圆反射镜组成，其中椭圆面是根据最佳的波数分辨率来设计的。微波源来自一个可编程合成源，我们使用了20MHz的单边带调制频率来搭建外差探测系统。通过射线追踪模拟来计算截止层处的位置和波数。在EAST实验中，我们得到了L模和H模下的垂直传播速度的径向分布。