第三章等离子体诊断

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1、第三章，等离子体诊断n概述n静电探针和其它固体探针n磁探圈n电磁波散射n电磁波干涉和Faraday旋转测量n电磁波发射n粒子束测量n涨落测量1，n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）n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）n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）n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n运转极限：参数轮廓、边缘扰动、旋转n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n偏滤器物理：粒子流、参数空间梯度n粒子物理：约束粒子轮廓、逃

2、逸粒子n点火区研究：各区域聚变功率、辐射功率n稳态燃烧研究：参数轮廓分类方法n被探测物理量：Te,ne,Ti等n探测区域：核心区，边界区，固体表面n测量原理：电磁波散射，电磁辐射n测量技术：激光，微波，光谱，探针主要物理量诊断方法物理量诊断方法：核心区边界区Te激光散射，ECE，轫致辐射，发射光谱静电探针ne微波干涉，远红外干涉，激光散射静电探针Ti中性能谱仪，谱线展宽，中子产额谱线展宽q(r)Faraday旋转，Zeeman效应V(r)Doppler位移Mach探针MHD活动Mirnov探圈，软射线层析，成像微观扰动重离子束，波散射反射，ECE，发射光谱磁探圈，逃逸电子扩散静电探针Ip,UL

3、, x,各种磁探圈如何选择诊断方法？n时间空间分辨率n信噪比n定标n对物理过程的理解n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dxyxyI),()(RyyrdrrrdxryI|22)()()(22)(1)(rydydyydIrRrjijjiiLIcos)()(),(10rrr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 。kjjkknfOd图像反演k

4、jkjdOf1jNjjppSlog1Njjjjffp1/2212/)(kkjNkjkdfO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eeeeeemTSenSvenI2

5、2141000)exp(iepeITeVII)ln()(0ipeIIdeVdTieiimTeSnI0电子饱和流电子流离子饱和流离子饱和流)ln(00ieeFIITeV悬浮电位电子温度电子密度悬浮电位216065. 0)21exp(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)exp(21eeeTeVIIeeeeeTedVdIIdVdII22111101ieIIIIIIie0202202iieIIITedVdIeiITeIdVdI2)(00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V2-V1固定，会自动调整V1，V2使得满足I1+I2=0 0020)exp(ii

6、eeIITeVI002ln2lneieIITeV探针3于悬浮电位，使其流过为零 2ln)(2eFTVVe2ln)(2FeVVeT直接得到电子温度)ln(00ieeFIITeVeFeieFpTVmmeTVV 12ln2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duduM)(2马赫(Ma

7、ch)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dtdBNSV 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n逆磁探圈nRogowski线圈22081ppIB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InA对称探圈和余弦探圈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）