Разработка специализированного спектрометра и методов спектроскопических исследований молекулярной плазмы

• Автор: Афонин, Олег Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЗАДАЧИ И ТЕХНИКА ИССЛЕДОВАНИЙ СПЕКТРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛАЗМЫ

1.1 Обзор литературы

1.2 Спектрометр «Сириус-УФ»

1.3.Применение спектрометра «Сириус-УФм» в «земных» лабораториях

1.4. Осі ювные задачи ДИССЕРТА] гга

ГЛАВА 2. СОЗДАНИЕ МОДЕРНИЗИРОВАННОГО СПЕКТРОМЕТРА «СИРИУС-УФМ»

2.1. Модернизация оптико-механического блока (ОМБ)

2.2. Модернизация приемно-регистрирующей системы (ПРС)

2.3. Процедура и результаты наладки и юстировки спектрометра

2.4 Устройство модернизированного спектрометра "Сириус-УФм"

2.4.1. Конструкция спектрометра

2.4.2. Приемно-репістрируіощая система спектрометра (ПРС). Программа Бигц^иг
2.4.3. Спектральная чувствительность спектрометра "Сириус-УФм”
ГЛАВА 3. ЛАБОРАТОРНЫЕ И СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ СПЕКТРОМЕТРА «СИРИУС-УФМ»
3.1. Технические требования, предъявляемые к спетрометру(выписки из второй редакции ТУ; ряд требований был в ней ужесточен)
3.2. Объем и цели наземной отработки
3.3. перечень средств испытаний и измерений
3.4. программа КДИ спектрометра «Сириус-УФм»
3.5. Официальная оценка результатов проделанной работы и соответствия параметров спектрометра «Сириус-УФм» требованиям ТЗ, данная Представительством Заказчика (ПЗ) и приемной комиссией
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ СПЕКТРОМЕТРА «СИРИУС-УФМ» В НАЗЕМНЫХ УСЛОВИЯХ
4.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ В ПРИБЛИЖЕНИИ «ТОЧЕЧНОЙ» ТЕЧИ
4.1.2 ОБНАРУЖИТЕЛЬ!ІАЯ СПОСОБНОСТЬ В СЛУЧАЕ «ТОЧЕЧНОЙ» ТЕЧИ
4.2. МОДЕЛЬ «СКРЫТОЙ» ТЕЧИ
4.3 Эксперименты на установке ПР
ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ
5.1. О ВЫБОРЕ ТИПА И СХЕМЫ СПЕКТРОМЕТРА
5.2 Сопоставление параметров спектрометра «Сириус-УФм» с мировым уровнем
5.3 О ЗАДАЧЕ ОБНАРУЖЕНИЯ МИКРОТЕЧЕЙ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ДИССЕРТАЦИИ:
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Одна из актуальных задач современной физики -исследования радиационных и иных характеристик поверхностной плазмы, формирующейся в вакууме на поверхности твердых тел [1-4]. Типичными объектами таких исследований являются, например, плазма, образующаяся на поверхности космических аппаратов [5-15]; плазма на поверхности вакуумных камер термоядерных реакторов [16] и др. Спектроскопические методы исследований являются в этих случаях наиболее информативными. Известно, что поверхностная плазма имеет сложный состав, включающий ряд молекул и радикалов. Поэтому в лабораторных условиях для получения детального спектра ее излучения применяются «классические» дифракционные приборы достаточно высокого разрешения. Такие приборы обладают, как правило, большими габаритами (>1м) и массой (>100 кг) и управляются оператором в «ручном» режиме. Но их практически невозможно применить в космосе или на особо опасных установках на Земле в условиях, несовместимых с пребыванием человека. Несмотря на существенное различие названных объектов, для изучения их радиационных характеристик могут быть применены одни и те же методы и спектральные приборы. Наиболее подходящими являются компактные спектральные приборы нового поколения, построенные на неклассических вогнутых дифракционных решетках и обладающие поэтому на порядок меньшими габаритами и массой и способные работать в автоматическом запрограммированном режиме [17-19]. Помимо этих общих условий приборы для применения в космосе должны удовлетворять еще целому ряду весьма жестких специфических требований. Узкая специализация и

исключительно жесткие требования к конструкции приводят к тому, что промышленный выпуск подобных приборов нерентабелен. Поэтому и в России, и в других странах заинтересованные организации идут по пути разработки, создания и применения на космических аппаратах уникальных приборов, выпускаемых в единичных экземплярах.
Автор данной диссертации принял активное участие в создании, исследовании рабочих характеристик и испытаниях одного из таких уникальных приборов - спектрометра «Сириус-УФм», предназначенного для получения, регистрации и передачи в систему телеметрии УФ спектров излучения околозондовой плазмы на высотах от 1000 до 50 км над Землей. Изготовленные три бортовых экземпляра прибора и функциональный макет успешно прошли все положенные испытания и сданы заказчику. Работа выполнялась в составе Гос. заказа по теме 726-М. Результаты этой работы подробно освещены в данной диссертации. Предполагалось, что в дальнейшем автор примет участие в комплексных испытаниях спектрометра в составе зонда ИЗ-А и в расшифровке и обработке материалов трех натурных экспериментов.
Основные параметры автоматического спектрометра «Сириус-УФм» (рабочий диапазон, разрешение, чувствительность, динамический диапазон, компактность) являются оптимальными для решения также и другой важной задачи. Речь идет об оперативном обнаружении микротечей воды в камере международного токамака ИТЭР. В документах ИТЭР [20] эта задача отмечена как одна из существенных для обеспечения безаварийной работы реактора, но не получившей пока удовлетворительного решения. Автором диссертации разработан спектроскопический метод обнаружения микротечей воды на основе регистрации 0-0 полосы ЭКВ спектра

мультиплексором, считывает и обрабатывает измерительную информацию и формирует выходную информацию спектрометра. Циклограмма работы блока управления и обработки строго синхронизирована с импульсами запроса, поступающими из ТМ блока.
- Блок гальванической развязки, предназначенный для обеспечения заданной циклограммы взаимодействия спектрометра с ТМ блоком, одновременно для обеспечения электрической развязки электронных схем ПРС с другой бортовой аппаратурой.
- Блок питания, предназначенный для преобразования первичного бортового напряжения питания в напряжения, необходимые для работы ПРС спектрометра, при этом преобразователи напряжений обеспечивают гальваническую развязку электронных схем спектрометра по цепям питания.
Опорный канал, предназначенный для измерения интегральной яркости излучения и состоящий из фотоприемника на основе лавинного фотодиода СФ2-19 и согласующего усилителя.
Учитывая изложенное, был разработан следующий алгоритм работы спектрометра. В начале работы спектрометра (момент подачи первичного питания) производится инициализация массивов и переменных микропроцессора. Затем производится настройка ПРС на начальный уровень яркости излучения и запись 6-ти кадров для обеспечения прогнозирования параметров последующих кадров. Количество кадров выбрано на основе расчетных данных частоты вращения вокруг своей оси, которая составила 0,3 Гц. Таким образом, учитывая, что длительность 1-го кадра равна 0,5 сек, каждый 6-ой кадр спектрометр будет иметь одинаковую ориентацию, а параметры каждого 6-го кадра будут практически