Способ измерения температуры электронов в плазме

 

Изобретение относится к области физики плазмы, в частности к диагностике высокотемпературной плазмы токамаков и других магнитных ловушек. Целью ; изобретения является повышение точности измерения температуры электронов плазмы. Сущность изобретения состоит в том, что через плазму пропускают излучение мопдаого импульсного СО -лазера 2, работающего на фиксированном колебательно-вращательном переходе, рассеянное плазмой излучение принимают под малым углом 9-10° собирающей системой 6 и смешивают на детекторе с излучением дополнительного непрерывного COj- лазера, работающего на другом колебательно-вращательном переходе. В результате детектор зарегистрирует величину рассеянной мощности на длине волны непрерывного лазера в некоторой полосе частот 5f. Перестраивая непрерывный лазер по различным близким колебательно-вращательным переходам , отстоящим друг от друга на ГГц, можно получить спектр рассеянного излучения, а следовательно, и температуру электронов плазмы. 2 ил. (О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (59 4 С 21 В 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.(2I) 4068441/31-25 (22) 24.03.86 (46) 29.02.88. Бюл. У 8 (72) В.Г.Жуковский и В.А.Ртищев (53) 539.9(088.8) (56) Луманн N.Ë. Аппаратура для диагностики термоядерной плазмы в установках с магнитным удержанием.

Приборы для научных исследований, 1984, Ф 3.

Жуковский В.Г., Ртищев В.А. Диагностика рассеяния на флюктуациях плотности плазмы в токамаках. М.:

ГКИАЭ, 1985, с.20. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

ЭЛЕКТРОНОВ В ПЛАЗМЕ (57) Изобретение относится к области физики плазмы, в частности к диагностике высокотемпературной плазмы токамаков и других магнитных ловушек.

Целью . изобретения является повьппение точности измерения температуры электронов плазмы. Сущность изобретения состоит в том, что через плазму пропускают излучение мощного импульсного СО» -лазера 2, работающего на фиксированном колебательно-вращательном переходе, рассеянное плазмой излучение принимают под малым углом 8 — 10 собирающей системой 6 и смешивают на детекторе с излучением дополнительного непрерывного СО— лазера, работающего на другом колебательно-вращательном переходе. В результате детектор зарегистрирует величину рассеянной мощности на длине волны непрерывного лазера в некоторой полосе частот 0 f. Перестраивая непрерывный лазер по различным близким колебательно-вращательным переходам, отстоящим друг от друга на 60 ГГц, можно получить спектр рассеянного излучения, а следовательно, и температуру электронов плазмы. 2 ил.

1377920

Изобретение относится к физике плазмы, в частности к диагностике высокотемпературной плазмы токамаков и других магнитных ловушек.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем повышения отношения сигнала к шуму.

На фиг.! показан спектр рассеянного излучения; на фиг.2 — возможная схема осуществления предлагаемого способа.

Принцип измерения иллюстрирует на фиг.l, где для примера показаны: спектр рассеянного излучения при иэ- 15 мерении на плазме с Т = 1 кэВ, угол наблюдения 0 = !О (ц), частота излучения импульсного лазера (о ), частота излучения импульсного лазера (5). Импульсный лазер работает на ли- 20 нии IОР16, и на детектор поступает излучение непрерывного лазера, перестраиваемого по линиям IÎP18-IOP24, отстоящим друг от друга по частоте на 60 ГГц. 25

Использование COz лазера и рассеяние на малый угол в данном способе является принципиальным, так как это озволяет существенно сузить ширину спектра рассеянного излучения hf9 ГТ (h — - длина волны рассеиваемого измерения, Т вЂ” температура электронов).

Численные оценки для пояснения достоинств предлагаемого способа измерений с точки зрения увеличения отношения сигнал — шум.

Пусть на плазму токамака плот1Э ностью п а 3 .10 см и температурой электронов Т =1 кэВ направляется 40 излучение импульсного C0z -лазера с энергией E = !2 Дж, длительностью импульса Т> 3.10 с, работающего на линии 10PI6 ° Рассеянное плазмой излучение принимается под углом 0 = 45 !

О = О,!74 рад с отрезка лазерно.го луча длиной 1 = IО см. В этом случае сечение рассеяния в электрон.ную компоненту спектра равно О Е 8 10 см, а ширина спектра pac-z6

-z 50 сеянного излучения — Д f=l 0 f

300 ГТц. Телесный угол 52 = ь (й6) выбирают из условия Ь 0 < 0,38, т.е.

Ь9 0,05 рад и Q =8 10 ср. При расэ сматриваемых параметрах эксперимента спектральная плотность мощности рассеянного излучения равна

Р Е 1з, Tlg 1 52 -!8

- --- ---- — — :2 6 10 Вт/Гц

Ти

Эта величина должна быть больше шумов детектора, т.е. Рз/аf NEP.

В инфракрасном диапазоне характерной величиной NEP охлаждаемых полупроводниковых детекторов является

=4 1 0 Вт/Гц в полосе приема h f =—

= 10 Гц.

Отношение сигнал — шум на выходе анализатора частот, определяющего надежность и достоверность измерений температуры электронов, определяется выражением (-) †-- — -- !+2п.hf ь (1)

S (S/N)

Ид 1 + (Я/1!)

) где 2 . — время интегрирования интегратора, выбираемое обычно равным длительности импульса лазера, т.е. 6 =Т„, Из соотношения (1) получаем, что для наших параметров системы S/N>) и равно (-) = 2Т ° lp 3 10 = 140.

N 4

На фиг.2 представлена схема измерений, которая содержит непрерывный

СО -лазер 1, мощный импульсный СО— лазер 2, фокусирующую линзу 3, камеру 4 токамака, плазму 5, собирающую систему 6, полупрозрачное зеркало 7, маломощный непрерывный СО -лазер 8, охлаждаемый детектор 9, стоящий в криостате 10, полосовой усилитель

11, второй детектор 12, интегратор

l3, регистрирующую 3ВМ 14. Сплошная линия обозначает излучение импульсного СО -лазера, пунктирная — рассеянное плазмой излучение, штрихпунктирная — излучение непрерывного лазера.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Излучение первого непрерывного лазера I, работающего на линии !OP!6, инжектируется в резонатор импульсного СО -лазера 2. В результате импульсный лазер 2 также работает на линии IOP16 в узкой полосе частот.

Излучение импульсного лазера линзой

3 фокусируется в камеру 44 токамака на плазму 5. Рассеянное под углом. излучение принимается собирающей оптикой 6 и направляется на детектор

9 ° Одновременно на детектор направляется излучение второго непрерывного СО -лазера 8 перестраиваемого по линиям IOP18-IOP24. Продетектированное ИК-излучение усиливается полосо1377920

10Р1Е 10Pi3 10Р20 10Р22 10Р24

Составитель В.Чуянов

Техред И.Попович Корректор С. Шекмар

Редактор Н.Слободяник

Заказ 881/49 Тираж 395 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4 вым усилителем II (с полосой ff) детектируется вторым детектором 12 и интегрируется интегратором 13 с

С = T, Окончательная обработка результатов происходит в ЭВМ.

Предложение позволяет измерить с высоким отношением сигнал — шум один из важнейших параметров термоядерной плазмы — температуру электронов °

Ф о р м л а и э о б р е т е н и я

Способ измерения температуры электронов в плазме, включающий облучение плазмы лазером и спектральный анализ рассеянного плазмой излучения лазера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений температуры электронов плазмы за счет увеличения отношения сигнал/ шум, облучение проводят импульсом

СО -лазером, работающим на одном колебательно-вращательном переходе, рассеянное плазмой излучение смешивают с опорньи излучением дополнительного лазера непрерывного действия, работающего на другом колебательно-вращательном переходе, про- изводят перестройку дополнительного лазера по нескольким колебательно15 вращательным переходам, детектируют и интегрируют полученные сигналы и по измеренному спектру рассеянного излучения определяют температуру электронов.