Способ измерения параметров плазмы в магнитном поле

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТ-. РОВ ПЛАЗМЫ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ, основанньй На интерференции лазерного излучения , пропускаемого плазму от ли ч а ю щ и и с я тем, что, с измерения полоидапьНого магнитного поля в плазме, излучение пропускают через плазму поляризованным по направлению основного магнитно1 о nojM и перпендикулярно направлению основного поля и по разности фаз между ними при известной форме магнитных поверхностей и плотности : плазмы определяют величину полоидального магнитного поля. 5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1 072635 A

4(5ц G 21 В 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ГЕНИЙ И ОЧНРЦТИЙ ъ, ВСЕСОВЯМЯ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ !13,", ., Ц

Н: АВТОРСНОМУ йаИД6тБЪ С1 ВУ (21) 3452415/18-25 (22) 16.О6.82 (46) 07.03.88. Бюл. У 9 (72) В.Г.Жуковский (53) 533.9 (088.8) (56) Peacock N. J. Measurement of

magnetig fields in йотоЫа1 systems.

CI_#_-р560,(1979), Abingdon, Oxfordshire .

Горбунов К.П. и др. Многоканаль-ная микроволновая техника для измерения радиального- распределения плот ности плазмы на установке, Токамак

T=3, сб. Диагностика плазмы. Вып 3, Атомиздат, M., 1973, с. 375. (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРИ%Т-

РОВ ПЛАЗМЫ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ, основанный на.интерференции лазерного излучения,. пропускаемого через нлазму, о. т л и ч а ю щ и и .с я тем, что, с целью измерения полоидального магнитного поля в плазме, излучение пропускают через плазму поляризованным по направлению основного магнитного поля и перпендикулярно направлению основного поля и по разности фаз между ними при известной форме магнитных поверхностей и плотности плазмы определяют величину полоидального магнитного поля.

35 сов 8 = (--)сов(. в, Bî å

COS2 8 (((--) 2

g s> fl ъэ (--) ов и>

1 10726

Изобретение относится к области физики плазмы, в частности к диаг; ностике высокотемпературной плазмы.

Известные способы измерения поло5 идального магнитного поля в плазме основаны на использовании эффекта

Фарадея Для этого электромагнитная волна пропускается через плазму вдоль направления магнитного .поля и 1О по повороту поляризации делается вывод о величине магнитного поля в плазме. Недостатком способа является сложность измерения малых поворотов плоскости: поляризации волн в . 15 плазме в условиях термоядерных уста-. новок "Токамак"., Наиболее близок к.предлагаемому . способ измерения параметров плазмы в магнитном поле, в частностй рас- 20 пределения плотности плазмы, основанный на использовании интерференции двух лазерных пучков, один из которых опорный, а другой пропускается через плазму. Излучение, прошедшее

/ через плазму, приобретает набег фазы, зависящий от плотности плазмы. Сложение (интерференция) лучей, прошед,ших через плазму и вне плазмы,. позволяет выделить этот дополнительный ЗО набег фаэ и затем, решая обратную задачу, по измеренным фазам восстано. вить профиль плотности плазмы s пространстве. Ийтерферометрический способ измерения плотности плазмы наибо- З5 лее разработан и широко применяетсн в диагностике высокотемпературной плазмы на установках "TQKaMaK1!Ф так как позволяет достаточно просто и надежно определять поведение a itpo-. 4п странстве и во времени одного иэ важнейших параметров плазмы - ее плот ности, Однако известный интерферометрический способ не позволяет измерять 45 другой важный параметр плазмы, а именно,, величину и распределение в пространстве полоидального магнитного поля,,или, что то же самое, распределение тока в плазме. Это являет- 5О ся следствием того, что используется электромагнитная волна только с одйой поляризацией, и обычно точность измерения сдвигов фаз невысока.

Целью изобретения является осуществление измерений попоидального магнитного поля в плазме. Для этого в способе измерения параметров плазмы в магнитном поле, основанном на интерференции лазерного излучения, пропускаемого через плазму, излучение пропускают поляризованным по направлению основного магнитного поля и перпендикулярно направлению, основного магнитного поля и по разности фаэ между. ними при известной форме магнитных поверхностей и вида функции распределения плотности плазмы определяют величину полоидального магнитного поля. Поляризованные излучения выбираются сдвинутыми по частоте друг относительно друга на промежуточную частоту Я . Интерференция этих лучей позволяет перенести на низкую (промежуточную) частоту и затем измерить разность фаз между, рассматриваемыми волнами, которая зависит от величины полоидального магнитного поля в плазме. На фиг.1 пока- зана геометрия опыта; на фиг.2— часть схемы интерферометра с переносом измеряемой фазы на радиочастоту, где Х, Y, Z — осн координат;;Bc— вектор тороидального магнитного поля, направленный по оси Е; В р — вектор полоидального магнитного поля, лежащий в плоскости XY и образующий с осью 7 угол а(;  — вектор суммарного магнитного поля, образующий с осью

Y угол 0; К вЂ” волновой вектор зондирующего излучения, направленного вдоль оси Y. Просвечивание плазмы происходит вдоль оси Y перпендикулярно тороидальному магнитному полю Ве, Полагая (B,l » (В (можно написать

Это выражение не меняется при изменекии найравления зондирования на обратное.

Рассмотрим два предельных случая квазиперпендикулярного распространения волн через плазму. В первом случае будем считать, что полоидальные поля, появляющиеся в плазме при протекании через нее тока, малы, а именно

Во втором случае . — искажение тороидального магнитного поля велико и, следовательно:

3 1072635

Первое условие выполняется для суб-. миллиметрового диапазона длин волн зондирующего излучения, тогда как второе — в инфракрасной области

5 спектра.

Раскладывая подкоренное выражение в уравнении Апплтона в ряд по малому периметру и учитывая, что (()р . /()), ((лЛ /(d)) С 1, МОЖЕМ.НаПИСатъ СЛЕдуЮ- 10 щие выражения для разности фаз обыкновенно9 и необыкновенной волн соответствующие двум рассмотренным выше случаям. В первом

15 6 " В .

4Ч- -(— ) ) (-- ) (1у = (— ) р (2) 2 (() . ) (() вл о

Из формулы видно, что из измерений разности фаз обыкновенной и необык- щ новенной волн можно определить вели- р чину полоидального магнитного поля, : н если задаться формой магнитных по- и верхностей внутри плазменного шнура, 40 п и независимым способом измерить распределение плотности плазмы ао ра- с диусу. . ш

Схема интерферометра содержит к

СΠ— лазер 1, четвертьволновые 45 н пластины 2, 3, электрооптический н сдвигатель частоты 4, делитель пуч- э ка 5, исследуемую плазму 6, зерка- е ла 7, 8, электрический модулятор час- з тоти 9, поляризатор 10, детектор 11, 0 м преобразователь фаза-напряжение 12, д

ЭВМ 13. Стрелки показывают поляриза- з цйю волн. Излученйе СΠ— лазера . пл четвертьволновыми пластинами и элект- и . рооптическим сдвигателем преобразуТаким образом, зондирование плазмы миллиметровым (субмиллиметровым) из- 20 лучением одновременно на обыкновенной и необыкновенной волнах можно использовать для исключения влияния на измерение колебаний зеркал интерферометра и для понижения величины фа"- 25 зовых набегов, связанных с плотностью плазмы, за счет множителя (я /ю) (1.

Во. втором .случае, учитывая выраже. ние (1), получаем е

Щ= (†) 1 n(y) cosa(dy (3)

4 «в .()в Bp (y)

2.п, ().. В ется в ортогонально поляризованно(» излучение со сдвинутыми частотами и пропускается -через плазму. Отразившись от зеркала 8 и еще раз пройдя плазму, излучение поступает на делитель 5, где. частично отражается и поступает на детектор 11. Поляризатор 10 совмещает направления поляри-заций волн. Сигналы обыкновенной и необыкновенной волн, которым соответ- ствуют сдвинутая и несдвинутая частоты, интерферируют на детекторе, образуя сигнал разностной частотыЯ с фазой, равной разности фаз обыкновенной и необыкновенной волн..С детектора сигнал поступает на преобразователь фаза-напряжение, который в аналоговом виде выдает зависимость разности фаз от времени. Далее сигнал подается в ЭВМ, где проходит обработку с целью выделения величины и зависимости полоидального магнитного поля от времени согласно формуле (3).

Для получения точности измерений

В „ порядка 10Х точность измерений сдвигов фаз также должна быть порядка 10Х. Однако сама величина сдвига, фаз между обыкновенной и необыкновенной волнами будет весьма мала и по порядку)величины может составлять л ((10 -10 ) (р„„ 1 -.0,01 . Для этого чтобы измерять такие малые фазовые сдвиги, процессы переноса фаы на радиочастоту требуется осуествлять с высокой точностью, изме. ения должны проводиться с отношеием сигнал/шум лучше, чем 10в, и еобходимо разработать специальные реобразователи фаза-напряжение.

Способ позволяет измерять в протранстве и во времени такой важнейий параметр термоядерной плазмы, ак полоидальное магнитное поле, что евозможно сделать при помощи обычого лазерного интерферометра. При том резко возрастает объем получа-, мой информации о плазме, так как, ная распределение полоидального агнитиого поля, можно найти распрееление тока. в плазме, коэффициент апаса устойчивости и проводимость азмы, что значительно повышает прозводительность научных исследоваИй i

1072635

Техред М.Дидьк, Корректор И.Эрдейи

Редактор .Н.Сильнягина. Тираж 395 Подписное

ВНИИПИ Государственного коиитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 997

Производственно-полиграфическое предприятие,. r. Ужгород, ул. Проектная, 4