Разработка диагностики диверторной плазмы токамака ИТЭР методом томсоновского рассеяния

• Автор: Мухин, Евгений Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Глава!. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИОРИТЕТЫ ДИАГНОСТИКИ

ТОМСОНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ В ДИВЕРТОРЕ

ТОКАМАКА ИТЭР

1.1. Классификация режимов работы дивертора

1.2. Физические основы диагностики плазмы методом

томсоновского рассеяния

Глава 2. ПРЕДЛАГАЕМЫЙ НАБОР ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ТОМСОНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ В ДИВЕРТОРЕ

ТОКАМАКА ИТЭР И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ

2.1. Требования и практическая реализация диагностики

томсоновского рассеяния в наружной «ноге» дивертора

2.2. Требования и способы реализации диагностики томсоновского

рассеяния во внутренней «ноге» дивертора
2.3. Нейтронно-физический анализ
Глава 3. РАЗРАБОТКА ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ
3.1. Разработка проекционной оптической системы для
диагностики томсоновского рассеяния в диверторе и на периферии шнура в районе Х-точки
3.2. Анализ требований к лазерной и детекторной аппаратуре
3.2.1. Лазерные источники зондирования
3.2.2. Детекторы рассеянного излучения
3.2.3. Пределы применимости диагностики томсоновского рассеяния диверторной плазмы токомака ИТЭР
3.3. Анализ требований к спектральным приборам, сравнительные
характеристики различных типов спектральных приборов
3.4. Разработка дифракционного полихроматора с высоким
уровнем подавления паразитно-рассеянного излучения на длине волны лазера
3.4.1 Принцип действия и оптическая схема полихроматора
3.4.2 Исследование характеристик опытного образца полихроматора
3.5. Дифракционный полихроматор для регистрации контуров
томсоновского рассеяния с нижним пределом измерения электронных температур ~1 эВ
Глава 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ И ОЧИСТКИ ОПТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОТ ПЛАЗМЕННОГО

ВОЗДЕЙСТВИЯ
4.1. Методы защиты оптических поверхностей от плазменного
напыления
4.2. Стендовые испытания удаления пылевых частиц из
диагностического канала потоком газа в вакууме
4.3. Чистка конденсируемых из плазмы токамака углеводородных
пленочных покрытий разрядами с низкотемпературной плазмой
4.4. Экспериментальные исследования эффективности плазменной
чистки образцов, напыленных на стендах и в плазме токамаков Т-10 и Глобус М
Глава 5. МАКЕТИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ПОДСИСТЕМ
ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
5.1. Испытание опытного образца спектрометра в демонстрационных экспериментах по наблюдению спектров свечения газоразрядной плазмы и сигналов томсоновского рассеяния в токамаке Глобус-М при мощной паразитной засветке на длине волны лазера
5.2. Исследование пространственно-временных характеристик и предельной чувствительности диагностики ЛИДАР с хронографической камерой в экспериментах по релеевскому
рассеянию на газе
5.2.1. Схема эксперимента
5.2.2 Диагностический лазер
5.2.3 Хронографическая камера
5.2.4. Результаты исследований
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЯ
Приложение
Диссертация содержит 137 страниц, 9 таблиц и 60 рисунков. Список
литературы включает 67 наименований.

Работы по созданию Международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР открывают новый этап исследований в рамках программы управляемого термоядерного синтеза. Успешная реализация этой программы в значительной степени зависит от технических возможностей диагностического комплекса.
Диагностические системы токамаков следующего поколения будут иметь существенное отличие от своих современных аналогов. Значительные размеры вакуумной камеры и большое расстояние от границы вакуума до плазмы (5-10 м) предполагают наличие внутрикамерных диагностических элементов, входящих в конструкцию токамака-реактора, что, в свою очередь, диктует необходимость разработки токамаков будущего одновременно с их диагностическими комплексами. При их разработке следует учитывать ряд факторов, действующих в рабочем вакуумном объеме, а именно интенсивный радиационный фон, осаждение распыленных материалов конструкции, а также сильное магнитное поле (~5 Тл) сверхпроводящих обмоток. Повышенные требования к оперативности и надежности диагностических комплексов следующего поколения продиктованы необходимостью управлять работой токамака в режиме реального времени.
Данная работа посвящена разработке диагностического комплекса томсоновского рассеяния дивертора токамака ИТЭР. Электронная температура и концентрация, как наиболее существенные характеристики плазмы, нуждаются в измерениях с высоким пространственным и временным разрешением. В диагностике томсоновского рассеяния локальность измерений достигается двумя различными способами. В классическом исполнении рассеянное излучение наблюдается в наборе пространственных точек на пересечении лазерного пучка и набора хорд наблюдения. В другом варианте, известном как диагностика ЛИДАР, используется единственная ось наблюдения, совпадающая с осью зондирования. При этом пространственное разрешение основано на времяпролетном принципе регистрации в соответствии

o-|
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
Длина волны, нм
Рис. 20. Спектральная зависимость квантовой эффективности для ЛФД.
На рис. 19 и рис. 20 приведены спектральные кривые квантовой эффективности современных фотокатодов, наиболее подходящих для использования с лазерными источниками, рассмотренными в предыдущем разделе, а также квантовые эффективности лавинных кремниевых фотодиодов. Как видно из приведенных кривых, ЛФД детекторы более предпочтительны для регистрации сигналов рассеяния в области длин волн -800 нм (Ti:Sa лазер) и не имеет конкурентов в диапазоне Л.<1064 нм (NdrYAG лазер). Совершенно иначе обстоит дело в случае диагностики ЛИДАР при регистрации сигналов рассеяния в субнанос екундном диапазоне длительностей. Уменьшение длительности и, соответственно, постоянной времени т формирователя сигналов, сопровождается увеличением эквивалентного шумового заряда
Быстрый фотоумножитель на микроканальной пластине (МКП ФЭУ) был и остается основным претендентом на диагностику плазмы методом томсоновского рассеяния по схеме ЛИДАР. Большой коэффициент усиления и практически полное отсутствие шумов темнового тока для рассматриваемого