Plasma horizontal position feedback control based on Reflectometry Diagnostic at J-TEXTPlasma horizontal position feedback control based on Reflectometry Diagnostic at J-TEXT

In tokamak experiments, real-time (RT) plasma position measurement and feedback control are essential for the operation of the tokamak. Magnetic based axisymmetric measurement is used to perform this control task in most tokamaks. However, in the J-TEXT tokamak, when the resonant magnetic perturbation (RMP) is applied, magnetic measurement will be affected, resulting in large plasma position measurement error. Reflectometry diagnostic as a nonmagnetic based diagnostic will not be affected by the RMP. It measures the electron density profile of the plasma and it can be used to determine the plasma position and edge. Thus it can be used as a backup or complement to magnetic-based position measurement. In order to implement the real-time reflectometry diagnostic, we upgrade the existing data-acquisition system (DAS) to make sure it can process data in real-time and transfer data with very low latency. Field Programmable Gate Array (FPGA) with four fast digitizer channels is used to acquire and process data, which can calculate the electron density profile without transferring the data to the CPU. Reflective memory card is used to transfer electron density profile data from real-time reflectometry diagnostic system to plasma control system (PCS). This system is tested at J-TEXT. The results showed this system is capable of producing electron density profile in real-time and would improve the accuracy of plasma horizontal position measurement when RMP is applied during the experiments at J-TEXT

I . INTRODUCTION

在托克马克装置中，对等离子体位置进行控制大都是基于磁诊断获取等离子体的位置信息，然后提供给等离子体控制系统对等离子体位移进行实时控制。但是，在长脉冲的等离子体放电中，基于磁诊断的位移测量会带来很大的测量误差，所以基于反射仪诊断的等离子体位移测量作为ITER一种后备或者替代的位移测量手段被提了出来。在J-TEXT托卡马克中，当扰动场投入时会影响基于磁诊断的位移测量，所以本文提出了基于反射仪诊断的实时密度剖面反演计算系统，并将其用于等离子体位置控制系统。

II . BACKGROUND

在J-TEXT托卡马克装置中已经发展了一套多路多模微波反射仪诊断系统，主要工作模式有Q波段O模，Q波段X模，V波段X模。Q波段的频率范围是33~50GHz, V波段的频率范围为50GHz~75GHz,可探测密度范围从 。在J -TEXT 装置中当扰动场投入时，基于磁诊断测量的水平位移会受到影响，系数约为0.0434，如下图所示：

为了提高在R MP 投入下等离子体位移测量的精确度，我们发展了一套基于微波反射仪诊断的实时密度剖面反演计算系统，该系统能够在 1ms 的控制周期内实时计算密度剖面，并能将其应用于等离子体水平位移实时控制系统。

III . DENSITY PROFILE MEASUREMENT AND PLASMA HORIZONTAL POSITION FEEDBACK CONTROL

为了实现在1ms的时间周期内进行实时密度剖面计算并将其应用于等离子体水平位移控制，我们对微波反射仪诊断的数据进行了实时在线处理，主要从以下几个方面进行了升级

1. 硬件

在硬件方面我们采用了N I 公司的P XIe-8840 实时嵌入式控制器以及P XI e -7966R F PGA 板块对数据进行采集与处理，P XI e -7966 FPGA 板卡结合N I 5734 适配器能够最高提供120 M 的采样率，同时F PGA 拥有非常多的资源能够用于数据的实时处理，P XI e -8840 控制器能够提供 1ms 精确的软件定时，将计算得到的等离子体水平位移输出到等离子体实时控制系统用于位移控制。

2. 软件

当J -TEX 在低密度放电条件下时，我们通过基于密度剖面反演算法对等离子体密度剖面进行实时反演到中心最高密度点，通过计算两个最高密度点对应的位移差得到等离子体的水平位移dx，并将其送到等离子体位移控制系统用于等离子体水平位移控制

当J -TEXT 在高密度放电条件下时，由于微波反射仪诊断无法探测到中心密度点，但是在每一个托卡马克装置中，其中心的线密度与分离层的密度有一个系数关系，可以通过J -TEXT 上的偏振仪诊断来实时获取中心线密度，并将其通过反射内存卡实时传输到微波反射仪实时数据处理系统，从而可以得到中心密度的位移变化关系，并将其用于等离子体控制系统。

IV . SYSTEM PERFORMANCE

我们将基于微波反射仪实时剖面计算系统在J -TEXT 进行了测试，当没有R MP 投入时，基于磁诊断与基于反射仪的水平位移计算结果如下图所示，从结果可以看出来 ……

当有R MP 投入时，基于微波反射仪诊断测量的结果如图所示，从S XR 重建位移可知 ……

V . CONCLUSION

基于微波反射仪的实时在线密度剖面计算现在正在 J-TEXT 装置进行测试，测试结果表明其可以在1ms的控制周期内实时计算等离子体密度剖面并提供水平位移信号用于等离子体控制系统，可以作为J -TEXT 装置的位移控制系统的一种替代手段。