Исследование и разработка дифракционного спектрометра для диагностики низкотемпературной пристеночной плазмы токамака методом Томсоновского рассеяния

• Автор: Кочергин, Михаил Михайлович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 101 с. : ил.

Глава I. Разработка оптической системы полихроматора с

вычитанием существенно неравных дисперсий

1.1. Выбор оптимального соотношения дисперсий в первой и

второй половинах полихроматора

1.2. Выбор числа измерительных каналов

1.3. Анализ энергетической характеристики спектрального

диагностического комплекса

1.4. Определение основных параметров оптической схемы

полихроматора спектрометра

1.5. Выводы

Глава II. Разработка спектрометра для диагностики

низкотемпературной плазмы
II. 1. Принципиальная схема двойного полихроматора с
вычитанием в два раза отличающихся дисперсий
11.2. Аберрационный расчёт полихроматора
11.3. Разработка конструкции спектрометра
II .4. Исследование оптических характеристик спектрометра
11.5. Выводы
Глава III. Демонстрация работы спектрометра в условиях
плазменного эксперимента на токамаке «Глобус-М»
III. 1. Согласование параметров спектрометра с реальными
условиями эксперимента на токамаке «Глобус-М»
111.2. Калибровка спектральной чувствительности каналов
полихроматора
111.3. Способ получения и обработки экспериментальных
результатов
111.4. Результаты испытаний прибора в условиях плазменного
эксперимента на токамаке «Глобус-М»
111.5. Выводы
Глава IV. Развитие модели полихроматора для уменьшения
нижнего предела диапазона измеримых температур
IV. 1. Принцип работы двойного полихроматора обеспечивающего
одновременную регистрацию спектров рассеяния в
нескольких точках по сечению плазмы
IV2. Оценка аберрационных искажений спектра и габаритный
расчёт полихроматора
ІУ.З. Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение
Всего страниц

В настоящее время под эгидой МАГАТЭ ведется разработка технического проекта международного экспериментального термоядерного токамака-реактора «ITER», который должен обеспечить достижение квазистационарного режима горения плазмы. Существенное место в проекте занимает разработка методов диагностики, включая диагностику пристеночной относительно низкотемпературной плазмы с температурой электронов в десятки или сотни тысяч градусов (Те = 1ч-200эВ). Основными задачами такой диагностики является определение электронной температуры Те плазмы, концентрации электронов Ne и нахождение их распределения по сечению плазмы. Одной из наиболее надёжных и апробированных бесконтактных методик измерения локальных значений электронной температуры и концентрации является диагностика, использующая Томсоновское рассеяние света на свободных электронах. Исследование низкотемпературной плазмы вблизи стенки токамака «ITER» методом Томсоновского рассеяния содержится в списке работ, порученных Российской стороне.
Диссертационная работа посвящена разработке спектральной аппаратуры для диагностики пристеночной плазмы методом Томсоновского рассеяния в рамках работ по проекту.
Результаты работы 'оценивались и апробировались на недавно запущенном во ФТИ им. А.Ф. Иоффе, новом токамаке «Глобус-М» (1999г).

Выходной патрубок для вывода лазерного излучения
Спектрометр
Условия регистрации спектров Томсоновского рассеяния.
Схема проведения эксперимента по диагностике плазмы токамака методом Томсоновского рассеяния приведена на Рис. 1.
Входной патрубок для ввода лазерного излучения
Рис. 1 Схема проведения эксперимента по диагностике плазмы токамака методом Томсоновского рассеяния.
Монохроматическое излучение лазера, работающего в режиме модулированной добротности, вводится в вакуумную камеру токамака через окно 1, где рассеивается на электронах плазмы. Это и есть собственно Томсоновское рассеяние, определяющее полезный аналитический сигнал. Часть рассеянного лазерного излучения собирается через окно 2 при помощи оптических элементов 3 направляется в спектрометр 4. Совокупность

размер аберрационного пятна в сагиттальной плоскости оказывается не более 1мм, что составляет 5% от полной высоты изображения щели, и может не учитываться при оценке интегральных потерь.
мм.
Рис. П-З Суммарная интенсивность остаточного монохроматического излучения за пределами шторки-экрана по отношению к интенсивности спектральной линии лазера при ширине входной щели 1мм. Отсчёты по оси абсцисс, соответствующий расстоянию от края ножа экранирующей шторки до центра изображения лазерной линии, приведены ко входу с учётом меридионального и линейного увеличения первой половины прибора.
Результат компьютерного расчёта представленный на Рис. П-З говорит о величине суммарной интенсивности остаточного монохроматического излучения за пределами подвижной экранирующей шторки при ширине входной щели 1мм. Для того чтобы влияние аберрационного пятна стало пренебрежимо мало (10“3-10 4 от интенсивности линии) достаточно чтобы