中文摘要：

近年来,EAST的等离子体参数随着辅助加热功率和等离子体控制水平的提高有了很大的提升，对弯晶谱仪性能提出了更高的要求。现有谱仪虽在欧姆加热和低杂波电流驱动时工作稳定但时空分辨率低，而且在高功率离子回旋共振加热时获得有效数据少。高计数率是提高时空分辨率的主要途径，对研究旋转在快变换过程如L-H模转换中所起作用和等离子体加热效率很重要。高空间分辨则能提供更精确的离子温度梯度(ITG)和旋转剪切来进行动量输运研究。谱仪目前时间分辨率仅为100ms，EAST的能量约束时间也在100ms量级，无法给出给细化旋转的时空演化，来研究旋转对约束改善等。EAST的使命之一是探索先进稳态运行模式，和ITER的物理目标是一致的，发展与EAST等离子体参数相匹配的弯晶谱仪具有重要意义。本项目在现有基础上，通过发展高计数高灵敏探测技术，提高弯晶谱仪性能，为EAST物理实验提供高质量的离子温度和等离子体旋转剖面数据。

结论摘要：

弯晶谱仪作为托卡马克等离子体温度和旋转速度的重要测量手段，由于不依赖于中性束注入，尤其适合开展低或者无外部动量注入如射频波驱动等离子体旋转等托卡马克前沿物理问题，因此在EAST、KSTAR、ALCATOR C-Mod和WEST等国内外多个重要托卡马克装置上配备或者正在发展的诊断手段，也是将来国际热核聚变实验堆ITER上的重要诊断。随着EAST等离子体参数的不断提升，对弯晶谱仪性能有了更高的要求。原先基于多丝正比计数技术的气体探测器由于计数率限制难以满足实验测量高时间分辨和高功率加热前后计数率变化范围大的需求，来实现一些快速变换过程中参数的测量。本项目通过探索高通量探测器技术在弯晶谱仪上的应用，以期从根源上解决探测器计数率限制低的问题，从而彻底解决限制谱仪时间分辨率的问题。在气体探测器方面，通过对探测器进行分段采集，来有效提高探测器整体计数率。但是这一技术仍然无法满足更高功率下的测量。本项目研究从小面积探测器开始尝试固体探测器在托卡马克装置上的应用，测试得到了芯部测量10ms/1cm的分辨率。基于此，进一步开展了大面积固体探测器的推广应用，成功实现了较好空间覆盖范围和高时间分辨的参数测量；同时考虑EAST参数的不断提升，原先用于测量类氦氩谱的晶体所能测量的温度范围不够宽，因此项目组创新性地采用了双晶体结构，在同一晶体基座上集成类氢和类氦氩谱测量能力，实现单套谱仪能同时测量两种谱，在提高了谱仪的温度限值时，也兼顾了原有温度范围等离子体的测量。基于升级后的弯晶谱仪，开展了以射频波驱动等离子体旋转的前沿物理研究，获得和分析了EAST托卡马克上各种射频波驱动旋转的特性。通过对探测器技术和晶体方面的升级，弯晶谱仪的时空分辨能力提升显著，达到了预期目标，为开展等离子体动量输运等物理研究提供了高质量的实验数据支持。弯晶谱仪提供的离子温度和旋转速度也为EAST上开展输运分析、动力学平衡和加热等物理研究提供了重要的数据支持。