HL-2A多道激光汤姆逊散射系统及绝对标定实验

论文摘要

激光汤姆逊散射是诊断托卡马克装置等离子体电子温度十分准确可靠的工具,利用中性气体的啦曼散射或者瑞利散射绝对标定之后,还可以得到测量位置的电子密度。汤姆逊散射即非相干汤姆逊散射,各电子之间没有相关性,散射光的总强度是各个电子散射光强度之和。当今国际上已经发展了具有高时空分辨率的不同类型的散射系统,测量不同等离子体区域电子温度和密度。国际热核聚变堆（ITER）装置也将设计和建造汤姆逊散射系统诊断主等离子体、偏滤器等离子体以及x点等区域的电子温度和密度。介绍了改进后的HL-2A装置多道激光汤姆逊散射系统。系统主要由Nd:YAG激光器、5通道多色光谱仪、标定系统、散射光接收系统以及数据采集和分析系统等组成,开展了对装置真空室中平面下方6个空间点（激光束竖直的穿过装置,从真空室几何中心偏向强场侧1.75cm）电子温度的测量。中心点固定在z1=-3.3cm,其它五点z2到z6的相邻间隔为2.2cm,并可以整体移动,测量电子温度的时空分布。在放电条件相似的情况下扫描测量了在z=-3～-35cm电子温度空间分布。空间分辨率2.2cm,时间分辨率100ms,电子温度的测量范围为0.5keV≦ Te≦ 8keV。利用氮气的啦曼散射得到与散射立体角、散射长度等几何参数有关的散射系数,初步计算了电子密度。氮气的啦曼散射比电子的汤姆逊散射散射截面小,散射信号弱,测量氮气的啦曼散射信号要求系统的杂散光水平很低。多色光谱仪测量啦曼标定信号的光谱通道波长/带宽是1040/20nm,通过测量几个不同压强值处的啦曼信号,每一压强值处的信号取30个散射信号平均值,得到散射强度与气体压强关系曲线,同时利用计算得到的氮气啦曼散射截面等参数计算得到了电子密度。磁面重建CF编码可以实时计算得到等离子体的几何参数。在等离子体压强、电子温度和密度在同一磁面不变的条件下,利用CF编码提供的数据将电子温度从空间分布反演到磁面坐标系上,并拟合得到按照抛物线分布的电子温度剖面,计算得到了等离子体体平均电子温度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 激光汤姆逊散射原理
• 1.2 国外大装置激光汤姆逊散射系统
• 1.3 本论文工作
• 2 HL-2A 多道激光汤姆逊散射系统
• 2.1 多道YAG 激光汤姆逊散射系统
• 2.2 相对光谱标定
• 2.3 数据处理方法和误差分析
• 2.4 实验结果
• 3 啦曼散射绝对标定激光汤姆逊散射系统
• 3.1 实验原理
• 3.2 标定实验方法和结果
• 3.3 电子密度计算
• 4 电子温度由空间分布反演到磁面坐标的方法及结果
• 4.1 CF 编码
• 4.2 反演方法
• 4.3 反演结果
• 5 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 读硕士期间发表文章目录