HL-2A装置激光汤姆逊散射系统电子温度密度的初步测量

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1 HL-2A装置激光汤姆逊散射系统电子温度密度的初步测量
核工业西南物理研究院 第十三届全国等离子体科学技术会议 ,8,20-22, 成都 HL-2A装置激光汤姆逊散射系统电子温度密度的初步测量 刘春华，黄 渊，张 鹏，施佩兰，冯 震 核工业西南物理研究院 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与分析系统等组成。Q分频、连续多脉冲Nd-YAG激光器发出的激光，经过入射光路在装置的中心位置与等离子体中的电子发生散射，散射光经窄带干涉滤波片（IF）分光和滤波之后，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。并依据HCN激光干涉诊断的电子密度数据进行相对标定得出芯部区域的电子密度。为了进一步和ECE等其他诊断手段测得的等离子体电子温度和密度的结果相互比较和印证，将电子温度和密度拓扑到磁面上。在实现系统稳定可靠、高信噪比运行的基础上，2006年度实验中激光汤姆逊散射诊断技术测得了在各种放电条件下的等离子体芯部区域单空间点电子温度和密度。 为了提高测量的可靠性,根据不同的温度范围选用不同参数的干涉滤光片. 电子温度较低时,选用中心波长较长的干涉滤光片;电子温度较高时,选用中心波长较短的干涉滤光片。 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1650mm）的等离子体中心 测量散射系统的光谱响应系数的相对标定系统，以实现电子温 度的绝对测量。 图为激光汤姆逊散射系统光路图。 调Q的YAG激光器,它由一级振荡级和三级放大级所组成。 激光波长：1064 nm 光束直径: 30 mm 发散角: <0.5mrad 脉冲宽度: ~ 10 ns 工作频率：1 6J , 10 4J 脉冲个数：1 ~ 999 放电延迟时间：50 ms～999 ms 脉冲间隔时间：100 ms～1000 ms 标定系统原理图 等离子体磁面位形 TS : R= cm ECE : Z=0 脉冲能量：E1064nm ~ 6000mj （1Hz） E1064nm ≥5000mj (2-5Hz) E1064nm ~ 4000mj (10Hz) 激光模式：高斯 TEM00 分别表示等离子体柱的水平位移、垂直位移以及磁轴偏移几何中心的量，可以通过CF或EFIT编码计算。 电源 YAG激光器 到装置真空室 Laser head laser beam 参考光 等离子体放电实验中的电子压强、温度和密度图像 05463次放电实验中，ECRH加热期间（600－800ms），TS与ECE测量电子温度的结果比较 出射窗口示意图，实验期间一个可移动的摄像机每天检测光斑的位置。 入射光路示意图 等离子体放电期间测得电子温度的最大值为4.93KeV，其实验参数为： 在偏滤器位形下 ECRH加热功率为1.57MW 等离子体电流Ip＝304kA 纵场强度Bt＝2.42T 电子线平均密度约为1.5×1013cm-3 五通道多色仪，经中性气体拉曼散射标定后可以开展等离子体电子密度的测量。 测量散射光谱在多色仪中的相对分布,就能确定待测等离子体的电子温度。因此,需要相对地标定散射系统的光谱响应系数。在该图中,给出了一个测量通道的光谱响应系数,以及经APD探测器和放大器后的电信号,负极性的信号是为了和我们现有的CAMAC采集器ADC 2250L匹配。 分子束注入期间汤姆逊散射诊断测得等离子体芯部区域电子密度逐步增加 在2007年度的等离子体放电实验实验中，将利用N2的啦曼散射实验进行绝对标 定。并在去年单空间点实验的基础上，进行7空间点测量等离子体芯部和边缘区域电子温度和密度。 刘春华，等 第十三届全国等离子体科学技术会议 , 8, 20-22, 成都