第三章,等离子体诊断.ppt

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1、第三章，等离子体诊断,概述 静电探针和其它固体探针 磁探圈 电磁波散射 电磁波干涉和Faraday旋转测量 电磁波发射 粒子束测量 涨落测量,1，概述 诊断的作用（对而言）,保证安全运转和等离子体控制（电流、电压、位置、杂质水平、硬射线等） 为维持先进等离子体控制而提供测量数据（活动、参数轮廓、截面形状、旋转等） 对运行进行估价及物理研究而提供测量数据（各种不稳定性、参数轮廓、粒子等）,主要物理问题和对诊断的要求,堆尺度等离子体约束：等离子体参数和加热功率轮廓、杂质活动，边界区要求好的空间分辨 运转极限：参数轮廓、边缘扰动、旋转 破裂现象：参数轮廓、第一壁测量、逃逸电子，要求快的时间响应 偏滤

2、器物理：粒子流、参数空间梯度 粒子物理：约束粒子轮廓、逃逸粒子 点火区研究：各区域聚变功率、辐射功率 稳态燃烧研究：参数轮廓,分类方法,被探测物理量：Te,ne,Ti等 探测区域：核心区，边界区，固体表面 测量原理：电磁波散射，电磁辐射 测量技术：激光，微波，光谱，探针,主要物理量诊断方法,如何选择诊断方法？,时间空间分辨率 信噪比 定标 对物理过程的理解 技术难度,测量和数据处理,探测器,光电 隔离,模数 转换,测量室,数据分析：Abel变换,轴对称分布,Abel变换,实际情况：,非对称情形：弱的角度依赖性,层析(tomography),用于软射线，辐射测量 基本方程,典型软射线探测阵列和层

3、析结果,最大熵方法,最大熵方法是一种处理不适定问题（数据不完全或包含噪声）的方法。这一方法是：在所有可能的解中，选择熵最大的一个 。,图像反演,测量量 待测量 噪声,不管噪声,引进熵,如果不相信测量结果令熵最大，即所有fi 相等,如果很相信测量结果令=0,即,预期的不确定性,令2=N 最为合理,在此条件下令S 最大,一种方法是在N 维参数空间里，先置初始值完全相等，即熵S最大。 然后逐步迭代，向-2和S 方向走，最后达到2=N 。,电磁波谱及探测器,，静电探针 和其它固体探针,电位关系： p探针电位 R参考电位,静电探针及其特性曲线,实际电源线路,实际特性曲线,外观,被烧毁的探针,静电探针特征

4、电位,公式零点,实验零点,等离子体鞘的宽度为几个Debye长度,静电探针 测量电子温度与密度,电子饱和流,电子流离子饱和流,离子饱和流,悬浮电位,电子温度,电子密度,悬浮电位,鞘处的实际上等离子体离子密度小于远处密度，上式右方应乘以,双静电探针 更准确测量电子温度,电子温度,从曲线饱和段同样可测电子密度,从曲线中心段,三探针 直接测量电子温度,V2-V1固定，会自动调整V1，V2使得满足I1+I2=0,探针3于悬浮电位，使其流过为零,直接得到电子温度,等离子体电位与悬浮电位关系,对等离子体，=2.9,安装在偏滤器 中性化板上的静电探针阵列,三探针经常用于测量等离子体密度和电位的涨落,发射探针

5、直接测量等离子体电位,探针为一加热灯丝。负电位时热电子发射流迭加在离子饱和流上，悬浮电位接近等离子体电位。探针开路时，电位即等离子体电位,能量分析器 测量离子能量分布,各电极功能： 排斥栅：排斥电子 偏压栅：排斥一定能量以下离子 屏蔽栅：屏蔽二次电子 收集器：收集离子流,马赫探针 测量等离子体流速,马赫(Mach)数u/Cs,一般用于测量托卡马克边缘等离子体环向流速,u，d为面对和背对粒子流接收的流量,马赫探针结构,复杂的马赫探针,，电磁测量 磁探圈,托卡马克上的磁探圈,积分电路,基本公式,，逆磁线圈 ，罗氏线圈 ，磁通测量环 Mirnov线圈 ，小磁探圈,CT-6B托卡马克上的的交流运行实验

6、,用伸进等离子体的磁探圈测量磁面发现电流过零时存在两方向相反的电流分量,磁探圈设计,总电流和两电流分量随时间变化,总电流过零时电流密度在截面上分布,逆磁探圈和罗氏线圈 测量极向比压值和等离子体电流,逆磁探圈Rogowski线圈,测量有无等离子体时的总环向磁通，可以计算,等离子体温度,通常,对称探圈和余弦探圈 测量等离子体位移,使用磁探圈和磁通环，配合平衡程序计算等离子体截面形状和位移,对称探圈和余弦探圈 对称探圈数据要经过计算，余弦探圈探测结果和位移成正比,Mirnov线圈及其结构,测量原理,线圈外观,在大型装置上的安装位置,irnov信号,装置上得到的信号,从装置上的信号模拟反演得到的磁岛,可以绕制和exp(i)成比例的极向探测线圈，直接读出相应模数的扰动幅度 （以硬件实现Fourier变换）,