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激光汤姆逊散射系统在HL-2A装置上的应用

刘春华  黄渊  冯震  施佩兰  
【摘要】:激光汤姆逊散射诊断技术作为一种标准的诊断手段测量中国环流器2号 A(HL-2A) 装置上等离子体的电子温度和密度,已经达到了常规运行的要求。激光汤姆逊散射系统主要由激光光源、探测器和干涉滤波片组成的5通道多色仪、标定系统和数据采集和分析系统等组成。作为光源的 Q 分频、连续多脉冲 Nd-YAG 激光器(脉冲能量4J,脉冲宽度小于10ns)的激光波长为1064nm,测量周期为100ms;经窄带干涉滤波片(IF) 分光和滤波之后,散射光由硅雪崩光电二极管(Si-APD)探测和接收;主要由标准光源和电扫描单色仪组成的标定系统来相对的测量散射系统的光谱响应系数,实现电子温度的绝对测量。按照测量误差进行权重分析的查表法,并用考虑相对论修正的汤姆逊散射谱的 Selden 解析式进行拟合推导电子温度。为了得到相应空间测量点的等离子体电子密度,需要利用中性气体的啦曼散射或瑞利散射进行绝对标定。介绍了这种标定方法以及实验过程。在2006年实验的基础上,2007年将进一步发展该项诊断技术,由原来的单空间(等离子体中心)增加为7个空间(在-40<z<20cm 的范围内),以便进一步了解等离子体的温度和密度的时空分布。在文章的最后重点介绍了在实现系统稳定可靠、高信噪比运行的基础上,等离子体物理实验中激光汤姆逊散射诊断技术测得的在各种放电条件下的等离子体芯部区域单空间点(散射体积(极向△r×△z≈10mm×40mm)位于中平面内大半径 R=1632.5mm 处(真空室中心大半径为1650mm),相距等离子体中心约 30-40mm)电子温度的实验结果,其中在05831次等离子体放电实验中,偏滤器位形下、电子回旋共振加热(ECRH)期间测得电子温度的最高值为4.93keV,为目前国内所测得的等离子体电子温度的最高值。同时分析了在依据 HCN 激光干涉测量的电子密度数据相对标定之后的相应位置的电子密度,以及在 ECRH 和分子束注入条件下电子温度和密度的变化情况。

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