Разработка и применение методов диагностики плазмы токамаков с использованием твердотельных лазеров

• Автор: Толстяков, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 176 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ЛАЗЕРНОЙ ФОТОИОНИЗАЦИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ НЕЙТРАЛЬНОГО КОМПОНЕНТА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ
1.1. Принципы измерения концентрации нейтрального водорода методом резонансной флуоресценции
1.2. Теоретические и экспериментальные основы метода лазерной фото-ионизации
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА ТОКАМАКЕ ФТ-1 ПО НАБЛЮДЕНИЮ ЭФФЕКТА ФОТОИОНИЗАЦИИ ВОЗБУЖДЁННЫХ АТОМОВ ВОДОРОДА В ПЛАЗМЕ И ИЗМЕРЕНИЮ РАДИАЛЬНЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ НЕЙТРАЛЬНОГО ВОДОРОДА
2.1. Токамак ФТ-1. Схема эксперимента
2.2. Результаты экспериментов по наблюдению эффекта фотоионизации натокамаке ФТ
2.3. Разработка диагностической аппаратуры для локального определения концентрации нейтрального водорода в плазме токамака
2.3.1. Демонстрация возможности фотоионизационной диагностики для локальных измерений концентрации нейтрального водорода в плазме токамака ФТ
2.3.2. Разработка метода внутрирезонаторного зондирования плазмы токамака с использованием различныхрезонаторных конфигураций!
2.4. Измерения радиальных распределений концентрации атомов водорода в плазме токамака ФТ
2.4.1. Диагностическая система на токомаке ФТ
2.4.2. Измерения радиальных профилей плотности возбуждённых атомов водорода в плазме токамака ФТ-1 и калибровка аппаратуры
2.4.3. Построение радиальных распределений концентрации нейтральных атомов водорода но данным экспериментов на ФТ
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ТОМСО-НОВСКОГО РАССЕЯНИЯ ДЛЯ ТОКАМАКА ГЛОБУС-М
3.1. Теоретические и экспериментальные основы метода томсоновского рассеяния
3.2. Диагностические системы томсоновского рассеяния на сферических токамаках
3.3. Постановка задачи и формулировка требований к системам диагностики томсоновского рассеяния с учётом специфики сферического токамака Глобус-М

3.4. Выбор диапазона длин волн для измерений. Схема размещения диагностического оборудования на токамаке
3.5. Многоимпульсный диагностический лазер на неодимовом стекле
3.5.1. Конструкционные особенности и рабочие характеристики лазерного источника
3.5.2. Оптимизация рабочих характеристик лазерного источника в стендовых испытаниях
3.5.3. Схема проведения пучка через камеру токомака
3.6. Разработка спектрально-регистрирующей аппаратуры
3.6.1. Система сбора света
3.6.2. Спектральные приборы. Оптимизация характеристик поли-хроматора и ожидаемая точность измерений
3.6.3. Отработка алгоритмов определения температуры
3.7. Разработка системы фоторегистрации диагностики ТР на токамаке Глобус-М
3.7.1. Выбор фотодетектора
3.7.2. Система регистрации на токамаке Глобус-М
3.8. Принципы калибровки диагностической аппаратуры
3.8.1. Разработка комплекса для относительной капибровки чувствительности каналов полихроматоров
3.8.2. Калибровка тракта мониторинга энергии лазерных импульсов
3.8.3. Отработка методики калибровки абсолютной чувствительности приборов и определение на её основе плотности электронов
3.9. Обработка экспериментальных сигналов
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦ РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ ТОКАМАКА ГЛОБУС-М
4.1. Задачи, решаемые в эксперименте, и используемый комплекс аппаратуры
4.2. Исследование пограничных по плотности и температуре режимов сферического токамака Глобус-М
4.2.1. Восстановление полных радиальных распределений параметров электронного компонента с использованием данных реконструкции равновесия по коду ЕГ1Т
4.2.2. Результаты исследований режимов с низкой плотностью — анализ условий генерации убегающих электронов на сферическом токамаке Глобус-М
4.2.3. Результаты исследований режимов с высокой плотностью при омическом нагреве
4.2.4. Эксперименты по нагреву нейтральным пучком
4.3. Результаты исследований локальных эффектов при подъеме концентрации шнура с помощью двухступенчатой плазменной пушки в сферическом токамаке Глобус-М

4.4. Обсуждение экспериментальных результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЯ
Диссертация содержит 176 страниц, 3 таблицы и 91 рисунок. Список
литературы включает 146 наименований.

тания сигналов в работе [29] привело к снижению уровня шума, обусловленного МГД-колебаниями плазмы, примерно на порядок.
Недостатком такого способа является чрезвычайно высокие требования к настройке аппаратуры - незначительная разбалансировка чувствительности приемных каналов или неполное соответствие их амплитудно-частотных характеристик приводит к ухудшению качества компенсации.
Другой метод подавления МГД-шумов основан на формировании частотной полосы измеряемых сигналов, отличной от полосы МГД-шумов [30]. Интенсивность лазерного излучения модулируется на частоте 1 МГц, что позволяет в значительной мере отстроится от низкочастотной составляющей МГД-шума. При этом основным требованием является линейная зависимость амплитуды измеряемого сигнала от интенсивности лазерного излучения, что не позволяет реализовывать максимально возможную чувствительность фо-тоионизационной диагностики, достигаемую при насыщении сигнала.
В наших экспериментах разработан другой подход дискриминации МГД-шумов, состоящий в зондировании плазмы лазерным излучением, представляющим собой множество относительно коротких и мощных импульсов, каждый из которых приводит к насыщению сигнала фотоионизации [74]. Длительность отдельного импульса должна быть в пределах 100-1 ООО не, удовлетворяя условию максимальной отстройки частотных полос сигнала и МГД-шума. Увеличение чувствительности диагностики связано с увеличением как длительности отдельных импульсов (в указанных пределах), так и их количества за один цикл измерений. Кроме того, была подготовлена схема регистрации на основе временной компенсации подавления низкочастотного МГД-шума. Разность измеряемых сигналов в момент зондирования и с небольшой задержкой в значительной мере свободна от низкочастотных шумов плазмы. Такой метод компенсации, основанный на использовании одного и того же канала регистрации, характеризуется высокой аппаратурной стабильностью и надежностью.