ДИАГНОСТИКА ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОНОВ В ПЛАЗМЕ ТЕРМОЯДЕРНОЙ УСТАНОВКИ ТИПА ТОКАМАК
Шарнин Александр Викторович
Научный руководитель: Ясельский Владимир Карпович, к.т.н., доцент, каф.24, ФТФ, ТПУ
Томский Политехнический Университет, г.Томск, Россия
Одной из актуальных проблем настоящего времени является создание энергетических термоядерных реакторов, как мощных источников энергии при фактически неограниченных запасах используемого топлива. Основная трудность создания термоядерных реакторов связана с необходимостью обеспечения долговременного удержания термоядерной плазмы. В настоящее время эта задача наиболее успешно решается на установках типа токамак путем использования внешних магнитных полей.
Для решения данной задачи необходимо дальнейшее изучение процессов, протекающих в термоядерной плазме. При этом особо важное значение имеет информация о температуре плазмы, которая определяется по температуре находящихся в ней электронов. В связи с этим целью настоящей работы являлась разработка подсистемы диагностики электронной температуры плазмы, как составной части информационно-измерительной системы исследовательского токамака КТМ. В основу данной разработки было положено использование в качестве одной из основных частей создаваемой подсистемы СВЧ-радиометра, обеспечивающего измерение локальной температуры электронов на основании информации
о параметрах электронно-циклотронного (ЭЦ) излучения и величине тороидального магнитного поля. Это в свою очередь обуславливает необходимость измерения интенсивности ЭЦ-излучения на строго определенной частоте.С целью обеспечения требуемой статической и динамической точности измерений интенсивности ЭЦ-излучения нами был выбран гетеродинный СВЧ-радиометр, в котором для выделения излучения на нужных частотах используются гетеродинные СВЧ-генераторы и высокочастотные миксеры, а для измерения интенсивности излучения - диоды Шотки, являющиеся единственными высокочастотными детекторами, работающими без охлаждения при комнатных температурах. Выбранный гетеродинный СВЧ-радиометр позволяет с помощью детекторов, выполненных на диодах Шотки, получать информацию о температуре электронов в 20-ти локальных областях плазмы и осуществлять предварительное усиление сигналов, снимаемых с этих детекторов.
Как показал анализ возможных путей создания подсистемы диагностики электронной температуры плазмы, наиболее целесообразна разработка подсистемы с иерархической многоуровневой структурой при использовании на первом уровне СВЧ-радиометра. При этом в задачу верхних уровней входит обработка и анализ полученной на первом уровне информации, ее отображение на средствах представления информации, хранение с целью использования для последующей обработки результатов многих экспериментов, а также передача определенной части этой информации в систему управления токамака КТМ. Одновременно с этим необходимо учитывать, что данная диагностическая подсистема должна входить наряду с другими подсистемами диагностики в состав информационно-измерительной системы (ИИС) токамака КТМ. Последнее определяет возможность использования этими диагностиками для глубокой обработки информации, ее представления и сохранения в архивах на третьем и четвертом уровне ИИС общих технических и программных средств.
В соответствии с указанным, информация с СВЧ-радиометра передается на второй уровень подсистемы, где осуществляется ее регистрация и предварительная обработка. С целью обеспечения эффективного выполнения функций регистрации и предварительной обработки поступающих данных при построении второго уровня подсистемы диагностики было использовано
VME оборудование. Основными аргументами, определившими выбор VME оборудования, в нашем случае являлись высокая производительность и надежность его работы, и наличие широкого набора специализированных вычислительных модулей и специализированного программного обеспечения. Для оцифровки поступающих с СВЧ-радиометра аналоговых сигналов был выбран 32-х канальный АЦП ICS-145 с частотой оцифровки 1МГц/канал. Указанный АЦП размещается в VME-крейте, объединяющем все VME модули шиной VMEbus с пропускной способностью 130Мбайт/c. Выборку данных из буфера АЦП и их предварительную обработку выполняет высокопроизводительный процессорный модуль MVME176 на базе микропроцессора MC68040.Обеспечение синхронности сбора данных в разработанной подсистеме по отношению к сбору данных в других диагностических подсистемах достигнуто посредством включения в состав
VME крейта специализированного модуля синхронизации, обеспечивающего выполнение синхронизации с погрешностью не больше 10 нс и связанного с единой системой синхронизации ИИС по высокоскоростной оптоволоконной линии связи. Указанный модуль является источником внешней синхронизации для модуля АЦП.С целью обеспечения надежного управления
VME оборудованием второго уровня подсистемы диагностики была выбрана операционная система реального времени VxWorks. При этом разработка прикладных программ была выполнена с использованием поставляемой с VxWorks среды программирования Tornado. Для передачи предварительно обработанной на втором уровне подсистемы диагностики информации на последующие уровни системы используется оптоволоконная линия связи (Ethernet 10BaseF) и адаптер, входящий в состав процессорного модуля MVME176.e-mail: asf@asf.e-burg.ru