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HT-7 光谱诊断. ASIPP. HT-7 可见紫外 光谱诊断 吴振伟 周倩 徐国胜 黄娟. HT-7 光谱诊断. ASIPP. 总体内容 1 。 HT-7 上现有的可见紫外光谱诊断 2 。可见紫外光谱测量原理 3 。 HT-7 可见紫外光谱测量示意图 4 。近阶段一些实验结果. HT-7 光谱诊断. ASIPP. 1 。 HT-7 上现有的可见 紫外光谱诊断. HT-7 光谱诊断. HT-7 belt limiter. ASIPP. HT-7 上主要的可见紫外光谱诊断.

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HT-7 光谱诊断

ASIPP

HT-7可见紫外

光谱诊断

吴振伟 周倩 徐国胜 黄娟

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HT-7 光谱诊断

ASIPP

总体内容

1。HT-7上现有的可见紫外光谱诊断

2。可见紫外光谱测量原理

3。HT-7可见紫外光谱测量示意图

4。近阶段一些实验结果

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HT-7 光谱诊断

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1。HT-7上现有的可见

紫外光谱诊断

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HT-7 光谱诊断

HT-7 belt limiter

ASIPP

HT-7上主要的可见紫外光谱诊断

  • 1。十道可见光谱测量—主要用于测量CIII线辐射时空分布
  • 2。七道可见韧致辐射测量—主要用于测量Zeff空间分布
  • 3。两路可见紫外转镜扫描时空分辨测量系统—用于多种杂质线辐射的时空分布测量
  • 4。两套十道可见OSMA光谱仪—一套做可见区的全谱测量另一套用于谱线线形分析,氢氘比的测量及边界物理研究
  • 5。数套单道杂质线辐射监测诊断—用于常规监测不同种类杂质线辐射的情况,如OII,OV,MoI,LiI 等
  • 6。三个多道IF-PDA二极管阵列—用于Ha(Da)时空分布测量粒子约束时间计算和局部喘流测量
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HT-7 光谱诊断

HT-7 belt limiter

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2。可见紫外光谱

的测量原理

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HT-7 光谱诊断

HT-7 belt limiter

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HT-7可见紫外光谱测量原理(1)

等离子体的辐射主要来源于韧致辐射,粒子的线辐射,复合辐射,带电粒子的回旋辐射和热辐射,这些辐射的波段覆盖十分的广,从硬X射线一直到远红外,可见紫外光谱主要测量的波段是从200nm到800nm的范围。重点主要是测量韧致辐射和粒子的线辐射。

等离子体的自由电子和其它粒子发生碰撞而产生的辐射称之为韧致辐射。假定电子的速度按麦克斯韦分布,则单位体积中电子的辐射功率为:

uf,Te=6.3710-53NeNiZ2(kTe)-1/2g exp(-hf/kTe) W m-3 Hz-1

用波长来表示,上式可改写为:

u,Te=1.910-34NeNiZ2-2(kTe)-1/2g exp(-12395/kTe) W m-3 Å-1

上式中,Te以eV为单位,g为量子效应所引起的修正因子称之为

岗特因子。它是温度和频率的函数。

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HT-7 光谱诊断

HT-7 belt limiter

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HT-7可见紫外光谱测量原理(2)

在hf<<KTe时,即发射光子能量小于电子能量时

由于等离子体中存有多种粒子,我们定义有效电荷数为:

且根据电中性原理, 则方程可改写为

u,Te=1.910-34Ne2Zeff-2(kTe)-1/2g exp(-12395/kTe) W m-3 Å-1

将u,Te对积分,就可求得单位体积等离子体韧致辐射总功率:

uTe=1.5410-38 Ne2 Zeff (kTe)1/2 W m-3

利用测量韧致辐射谱的某一波段辐射功率,经钨带灯绝对标定后 在给定电子密度和温度下便可求得Z eff 。

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HT-7 光谱诊断

HT-7 belt limiter

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HT-7可见紫外光谱测量原理(3)

等离子体中的线辐射主要是由电子碰撞激发和电荷交换而产生的,电荷交换主要发生在边界的中性原子和带电粒子之间,对于中小型装置(如HT-6M)由于较低的边界参数,中性粒子可以进入到等离子体芯部,使得这一过程存在于整个等离子体空间,但对于国际大中型装置,这一过程主要发生在等离子体边界。典型的过程如下:

N0+ A+ZN+ + (A+(Z-1))*  N+ + A+(Z-1)+ h

目前,国际上利用NBI和DNB主动中性束来进行的电荷交换复合

光谱研究已成为当今大型托卡马克装置最重要的诊断工具。

激发粒子线辐射的最主要过程是电子碰撞激发,典型的过程如下:

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HT-7 光谱诊断

HT-7 belt limiter

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HT-7可见紫外光谱测量原理(4)

A+Z + e- (A+Z)* + e- A+Z + e- +h

由于激发态相对于基态而言密度小,寿命短,所以在激发态二次电子碰撞激发前已通过自发跃迁回到了基态。因此,激发态粒子密度的动力学方程可表示如下:

dn*/dt =Xn0ne – n*Ai

其中X为电子碰撞激发系数,是电子温度的函数, Ai的倒数即为激发态寿命,对允许的跃迁一般小于10-8S。在准稳态平衡下( dn*/dt =0),此时线辐射强度为:

I = Xn0neA/Ai

一般定义 A/Ai=B 为分支比,通过测量线辐射强度可以得到粒子密度。

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HT-7 光谱诊断

HT-7 belt limiter

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HT-7可见紫外光谱测量原理(5)

对于电子和中性氢,在不考虑杂质的贡献时,粒子的平衡方程为:

其中p为粒子约束时间,它代表了一切可能的电子损失,S为氢

的电离系数。

中性密度可由前述的利用氢的线辐射如H测量得出:

IH=nenHXB

根据上面两式,可以得到粒子约束时间:

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HT-7 光谱诊断

HT-7 belt limiter

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3。HT-7可见紫外光谱

测量示意图

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空间分辨: 2 cm

时间分辨: 5 µs

谱仪焦距:1 m

相对孔径:F/6.7

光栅 : 1180g/mm

闪耀波长:500nm

光纤长度:35m

空间位置:0-27cm均分等离子体下半空间

探测器:日本产R960光电倍增管

系统可测量范围:

3500 Å--8000 Å

HT-7 光谱诊断

HT-7 belt limiter

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HT-7十道可见光谱测量诊断示意图

  • 系统主要适合于低电离态杂质线辐射的测量,现用来测量CIII线辐射
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空间分辨:2.5cm

时间分辨: 5 µs

七道空间位置:

0--25.2cm 观测等离子体下半空间,间距4.2cm

IF中心波长: 5780 Å

IF带宽:18 Å

连接光纤长度:35m

探测器:日本产R960光电倍增管

测量可见韧致辐射分布,再根据温度,密度分布导出Zeff(r)。

HT-7 光谱诊断

HT-7 belt limiter

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HT-7七道韧致辐射测量诊断示意图

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谱仪old(new):SP-750(SP-300i)

光栅old(new same): 每台三块为 300g/mm, 1200g/mm, 3600g/mm

闪 耀 波 长old(new): 5000 Å(3000 Å) , 全息(5000 Å) 和2500 Å (2400 Å )

相对孔径old(new): F/10(F/4)

探测器old(new): ICCD--INTENSIFIED CCD 型号 EEV 384578 ( LN/CCD--Liquid nitrogen cooled CCD 型号 EEV576 )

控制器old(new):ST-130 (ST-133)

探头灵敏范围old(new):2000-8000Å

HT-7 光谱诊断

HT-7 belt limiter

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HT-7光谱多道分析仪OSMA(Optical Spectroscopy Multichannel Analyzer)诊断(old and new two sets)

老谱仪用300g/mm 光栅最大可测范围达550 Å

新谱仪用300g/mm 光栅最大可测范围达2600 Å

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系统特色:利用高速旋转的六面体转镜和两台单色仪同时测量可以一次放电得到两条谱线的时空行为,同时用氦氖激光器加光电二极管接受准确定位扫描空间位置的方法,使之成为杂质分布测量和输运研究的必备诊断。系统特色:利用高速旋转的六面体转镜和两台单色仪同时测量可以一次放电得到两条谱线的时空行为,同时用氦氖激光器加光电二极管接受准确定位扫描空间位置的方法,使之成为杂质分布测量和输运研究的必备诊断。

HT-7 光谱诊断

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HT-7可见紫外转镜时空扫描测量诊断

  • 空间分辨:在扫描方向上好于 1cm
  • 时间分辨:0.5-20ms(随转镜速度变化)
  • 谱仪:两台WDG30平面光栅单色仪
  • 相对孔径:F/6
  • 光栅:1200g/mm
  • 闪耀波长:各为250nm和300nm
  • 探测器:日本产R1463光电倍增管
  • 光谱响应:2000 Å -8000 Å
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HT-7 光谱诊断

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  • HT-7 H Diagnostic System
  • Pd 1-35 ( to belt limiter )
  • Ha 1-35 ( toward wall )
  • Haf 1-16 ( fast Ha response:1s )

Toward wall H Photo Diode Array

Fast Ha Array for turbulence (response 1s)

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HT-7 光谱诊断

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4。近阶段一些

实验结果

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HT-7 光谱诊断

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HT-7长脉冲等离子体放电中CIII线辐射 的时空分布(ABEL反演后)

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HT-7 光谱诊断

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典型的转镜时空分布测量结果

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HT-7 光谱诊断

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从0.36s-0.395s展开的弦积分测量信号

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HT-7 光谱诊断

ASIPP

整个放电过程CV辐射的弦积分时空分布

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HT-7 光谱诊断

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经ABEL反演后CV线辐射的时空分布

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HT-7 光谱诊断

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同一炮中OV 线辐射的弦积分时空分布

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HT-7 光谱诊断

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经ABEL反演后OV线辐射的时空分布

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HT-7 光谱诊断

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典型的高参数长脉冲放电波形

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HT-7 光谱诊断

ASIPP

激光远红外干涉仪测量得到的密度空间分布(经ABEL反演后)

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HT-7 光谱诊断

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软X射线能谱测量得到的电子温度空间分布

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HT-7 光谱诊断

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高参数长脉冲放电过程中典型的有效电荷数空间分布

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HT-7 光谱诊断

ASIPP

硼化前杂质全谱(新可见 OSMA 测量)

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HT-7 光谱诊断

ASIPP

硼化后杂质全谱(新可见 OSMA 测量)

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HT-7 光谱诊断

ASIPP

ICRF硼化后氢氘比随放电次数变化(老可见OSMA测量炮号:61484-61830)

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HT-7 光谱诊断

ASIPP

低杂波粒子约束改善(Tp计算出自Ha 诊断)

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HT-7 光谱诊断

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谢谢各位!