Лазерная спектроскопия, ее применение в физике плазмы и прикладных задачах

• Автор: Москаленко, Ирина Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 260 с. : ил.

1. Применение методов лазерной спектроскопии в исследованиях плазмы и

других объектов

1.1. Основные области использования рассматриваемой диагностики

1.1.1. УТС-системы с магнитной термоизоляцией

1.1.2. Исследования в верхней атмосфере методом лазерной

флуоресценции

1.1.3. Получение атомно-молекулярных данных

1.1.4. Плазменные технологии

1.2. Основные объекты исследования

1.3. Физические проблемы, связанные с использованием лазерной

спектроскопией

® 1.3.1. Взаимодействие двухуровневого атома с лазерным
излучением
1.3.2. Роль соударений с частицами окружающей среды
1.3.3. Диагностика атома водорода как пример проблем и методов их
решения
2. Система диагностики диверторной плазмы ИТЭРа методом лазерной
спектроскопии
2.1. Основные характеристики установки ИТЭР
2.2. Условия функционирования диагностик установки ИТЭР
2.3. Описание системы диагностики и проблемы предварительной
оценки сигналов флуоресценции
2.4. Спектроскопические схемы и результаты расчетов
2.5. Значение теоретических 2Б-моделей для расчётов сигналов
# флуоресценции
2.6. Оценка локальных параметров электронной компоненты методом лазерной спектроскопии
3. Эксперименты на плазменных установках ИЯС РНЦ выполненные в рамках разработки методов лазерной спектроскопии для установки ИТЭР
3.1. Установка ГЕЛЛА - основные характеристики
3.2. Эксперименты, выполненные методами лазерной и эмиссионной
спектроскопии
3.3. Анализ применимости метода ЛФ к измерению концентрации
атомов гелия в диверторной плазме ИТЭРа
3.4. Программа измерений методами эмиссионной и лазерной
спектроскопии на установке ПН
3.5. Описание плазменного нейтрализатора ПН
3.6. Спектроскопические измерения на установке ПН
3.6.1. Применение метода лазерной спектроскопии для диагностики иона Аг II
3.6.2. Метод обработки данных доплеровских лазерных измерений95
3.6.3. Эффект аномального нагрева ионов
3.6.4. Методика оценки электронной температуры
3.6.5. Степень ионизации аргона в центральной области плазменного шнура ПН
3.7. Состояние разработки вариантов метода лазерной спектроскопии для диагностики диверторной плазмы ИТЭРа
4. Лидарное зондирование искусственных плазменных образований (ИПО) в верхней атмосфере и мониторинг газообразных загрязнителей в тропосфере
4.1. Типичные исследуемые объекты
4.2. Полевые измерения на космодроме "Капустин Яр"
4.2.1. Разработка ЛФ-методики и создание аппаратурного комплекса для орбитальных измерений ИПО
4.2.2. Лидарный комплекс для полевых измерений

4.3. Определение оптической плотности бариевых ИПО
4.3.1. Сценарий ночного эксперимента
4.3.2. Использование метода Монте-Карло для обработки результатов экспериментов
4.4. Результаты измерений в сумеречных условиях
4.5. Разработка мобильной лидарной системы (МЛС) для мониторинга
газообразных загрязнителей в тропосфере
4.5.1. Метод дифференциального поглощения
4.5.2. Особенности конструкции и
технические характеристики МЛС
4.5.3. Дистанционное зондирование диоксида серы и атомарной ртути в атмосфере
4.5.4. Дополнительные возможности применения мобильной лидарной системы
* 5. Рэлеевское рассеяние лазерного излучения вблизи резонансной частоты и
его диагностические приложения
5.1. Физические основы метода
5.2. Лабораторные эксперименты
5.3. Возможность создания рэлеевского лидара
6. Использование лазерной спектроскопии для решения ряда прикладных
задач
6.1. Фотолюминесценция образцов предварительно облученных
оптических материалов принятых в качестве кандидатов для изготовления окон ИТЭРа
6.1.1. Состав и конфигурация используемого стенда
6.1.2. Результаты измерений спектров фотолюминесценции возбуждаемых УФ-излучением
Проведение оценок сигналов и измеряемых концентраций атомов и ионов основаны на использовании следующих соотношений:
где У(7) - населённость уровня с которого излучается наблюдаемая линия флуоресценции, Ау - вероятность спонтанного радиационного перехода, Д4 - длительность лазерного импульса, МРЕ - число зарегистрированных фотоэлектронов.
Учитывается, что, не смотря на потери в тракте ввода зондирующего излучения параметры прототипа излучателя таковы, что всегда возможно обеспечить работу в режиме с параметром насыщения э, большим единицы. Поэтому, знание потерь при вводе излучения, не является существенным. Для вычисления полной концентрации атомов, которая практически всегда равна населённости основного состояния И, необходима разработка интерпретационных теоретических моделей.
Таким образом, алгоритм оценки сигналов флуоресценции зависит: от расчетных параметров плазмы; конструктивного решения проблемы ввода зондирующего излучения и вывода собранного флуоресцентного излучения, технических характеристик диагностической системы, а также и столкновительно-излучательных моделей населенности возбужденных состояний.
Можно сделать предварительные выводы о некоторых преимуществах методики лазерной спектроскопии:
• не требуется моделей для измерения температуры ионов и атомов
• данная методика измерения низких температур атомов и ионов является приоритетной по сравнению с другими диагностическими методами, что особенно важно для дивертора, поскольку обеспечивает спектральное разрешение в несколько пикометров без потери светосилы
(2.1)