應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場(chǎng)傾斜角測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型屬于一種磁約束等離子體診斷裝置，具體涉及一種應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場(chǎng)傾斜角測(cè)量系統(tǒng)，它包括安裝在聚變等離子體中的中性束注入系統(tǒng)，聚變等離子體的外部設(shè)有前端光學(xué)鏡頭，前端光學(xué)鏡頭與光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)連接，光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)通過(guò)光纖與光柵連接，光柵與光纖陣列以及光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)相對(duì)，光纖陣列以及光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)與鎖相放大器連接，同時(shí)光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)與鎖相放大器連接從而對(duì)后者提供參考信號(hào)，鎖相放大器與數(shù)據(jù)采集和控制電腦連接。其優(yōu)點(diǎn)是，可靠性好，測(cè)量精度也非常高，既可以應(yīng)用于弱斯塔克效應(yīng)下等離子體磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)角的測(cè)量，也可用于其他線偏振光偏振方向的高精度和高速測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場(chǎng)傾斜角測(cè)量系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種磁約束等離子體診斷裝置，具體涉及一種基于光學(xué)彈性調(diào)制器，光柵，光纖陣列，光電轉(zhuǎn)換和鎖相放大器，通過(guò)調(diào)制、分光探測(cè)與解調(diào)來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)傾斜角的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在受控核聚變實(shí)驗(yàn)研究中，用于約束等離子體的磁約束裝置主要是托卡馬克(或仿星器)裝置。由于等離子體的飄移，單純依賴縱場(chǎng)是不可能實(shí)現(xiàn)帶電粒子的約束的；因此必須引入一個(gè)極向磁場(chǎng)，使總場(chǎng)形成一種螺旋狀的結(jié)構(gòu)。這樣粒子在等離子中的漂移方向?qū)㈦S著時(shí)間的變化而變化，從而總的漂移相互抵消，達(dá)到粒子被磁場(chǎng)較好地約束的目的。
[0003]托卡馬克放電中的安全因子或電流密度分布對(duì)等離子體輸運(yùn)過(guò)程、MHD穩(wěn)定性及能量約束有很大影響，在等離子體平衡與不穩(wěn)定性理論模擬研究中起著關(guān)鍵作用，是理解托卡馬克放電中許多物理現(xiàn)象(如等離子體鋸齒行為，輸運(yùn)壘的形成，新經(jīng)典撕裂模等)的一個(gè)重要參量。通過(guò)測(cè)量等離子體中電流密度分布并對(duì)其進(jìn)行反饋控制，可以對(duì)等離子體分布與約束特性進(jìn)行主動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)高性能托卡馬克放電。
[0004]要想推算出安全因子與電流密度分布，就必須測(cè)量出在每個(gè)磁面上磁場(chǎng)傾角，SP沿徑向分布的磁場(chǎng)傾角。由于磁場(chǎng)傾角的信息可以從對(duì)應(yīng)斯塔克光束中的線偏振光推算出，所以能否正確且有效地探測(cè)束發(fā)射光譜的偏振方向是該專(zhuān)利的關(guān)鍵所在。
[0005]目前，在托卡馬克裝置上測(cè)量磁場(chǎng)傾斜角的系統(tǒng)主要是動(dòng)態(tài)斯塔克偏振測(cè)量?jī)x。動(dòng)態(tài)斯塔克偏振測(cè)量?jī)x主要由采集透鏡、光學(xué)彈性調(diào)制器、偏振片、窄帶濾光片和光纖等組成。該系統(tǒng)可以通過(guò)測(cè)量某一個(gè)偏振方向的束發(fā)射光譜分量實(shí)現(xiàn)高精度的等離子體磁場(chǎng)傾斜角的測(cè)量。但是，在磁場(chǎng)強(qiáng)度較低或者當(dāng)中性束能量較小時(shí)，動(dòng)態(tài)斯塔克效應(yīng)非常微弱，束發(fā)射光譜的斯塔克能量分裂非常小，互相正交的偏振分量在光譜上很難用濾光片進(jìn)行區(qū)分，從而導(dǎo)致測(cè)量的精度很低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場(chǎng)傾斜角測(cè)量系統(tǒng)，它選擇了以光學(xué)彈性調(diào)制器、光柵、光纖陣列、光電轉(zhuǎn)換、鎖相放大器為核心的系統(tǒng)對(duì)托卡馬克中沿中平面徑向磁場(chǎng)傾角進(jìn)行測(cè)量能夠克服弱斯塔克效應(yīng)。
[0007]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場(chǎng)傾斜角測(cè)量系統(tǒng)，它包括安裝在聚變等離子體中的中性束注入系統(tǒng)，聚變等離子體的外部設(shè)有前端光學(xué)鏡頭，前端光學(xué)鏡頭與光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)連接，光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)通過(guò)光纖與光柵連接，光柵與光纖陣列以及光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)相對(duì)，光纖陣列以及光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)與鎖相放大器連接，同時(shí)光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)與鎖相放大器連接從而對(duì)后者提供參考信號(hào)，鎖相放大器與數(shù)據(jù)采集和控制電腦連接。
[0008]所述的光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)包括2個(gè)PEM與I個(gè)偏振片。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，可靠性好，測(cè)量精度也非常高，既可以應(yīng)用于弱斯塔克效應(yīng)下等離子體磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)角的測(cè)量，也可用于其他線偏振光偏振方向的高精度和高速測(cè)量。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明所提供的應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場(chǎng)傾斜角測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成方框圖；
[0011]圖2是應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場(chǎng)傾斜角測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。
[0012]圖中:1聚變等離子體，2中性束注入系統(tǒng)，3前端光學(xué)鏡頭，4光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)，5光纖，6光柵,7光纖陣列以及光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng),8鎖相放大器,9數(shù)據(jù)米集和控制電腦。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹:
[0014]如圖2所示，應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場(chǎng)傾斜角測(cè)量系統(tǒng)包括安裝在聚變等離子體I中的中性束注入系統(tǒng)2，聚變等離子體I的外部安裝有前端光學(xué)鏡頭3，前端光學(xué)鏡頭3與光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)4連接,光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)4通過(guò)光纖5與光柵6連接,光柵6與光纖陣列以及光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)7相對(duì)，光纖陣列以及光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)7與鎖相放大器8連接，同時(shí)光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)4與鎖相放大器8連接從而為后者提供參考信號(hào)。最后鎖相放大器8與數(shù)據(jù)采集和控制電腦9連接。其中，光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)4包括2個(gè)PEM與I個(gè)偏振片。
[0015]使用本發(fā)明所述的高精度磁場(chǎng)傾斜角測(cè)量系統(tǒng)，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)光源和起偏片輸出線偏振光，根據(jù)鎖相放大器測(cè)得2個(gè)光學(xué)彈性調(diào)制各自對(duì)應(yīng)的2倍頻率的調(diào)制強(qiáng)度，通過(guò)這兩個(gè)2倍頻強(qiáng)度比，就可根據(jù)公式
[0016]tan 20 -
[0017]得到非完全線偏振光與水平面的夾角，從而完成系統(tǒng)的標(biāo)定工作。上式中ω?和ω 2分別表示兩個(gè)PEM的調(diào)制頻率。在實(shí)驗(yàn)中，使用光柵進(jìn)行分光，并采用光纖陣列接收，可以實(shí)現(xiàn)很高的光譜分辨，從而達(dá)到克服弱斯塔克效應(yīng)的目的；同時(shí)對(duì)中性束發(fā)射光譜的兩個(gè)互相正交的偏振分量進(jìn)行測(cè)量，可以同時(shí)得到它們相對(duì)水平方向的傾角，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自校正，提高測(cè)量精度和可信度。
[0018]如圖1和圖2所示，當(dāng)中性束2注入到聚變等離子體I中，中性束與等離子體相互作用，發(fā)出帶有與磁場(chǎng)傾角信息的斯塔克偏振光束，該偏振光經(jīng)過(guò)前端光學(xué)系統(tǒng)3，再由兩個(gè)光學(xué)彈性調(diào)制器以及一個(gè)偏振片進(jìn)行偏振光調(diào)制，之后通過(guò)光纖5傳輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室的光柵6進(jìn)行分光處理，不同波長(zhǎng)的光可以被不同的光纖陣列7接收，再通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，由鎖相放大器8進(jìn)行解調(diào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)9進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)。
【權(quán)利要求】
1.應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場(chǎng)傾斜角測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:它包括安裝在聚變等離子體(I)中的中性束注入系統(tǒng)(2)，聚變等離子體(I)的外部設(shè)有前端光學(xué)鏡頭(3)，前端光學(xué)鏡頭(3)與光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)(4)連接，光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)(4)通過(guò)光纖(5)與光柵(6)連接，光柵(6)與光纖陣列以及光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)(7)相對(duì)，光纖陣列以及光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)(7)與鎖相放大器(8)連接，同時(shí)光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)(4)與鎖相放大器(8)連接從而對(duì)后者提供參考信號(hào)，鎖相放大器(8)與數(shù)據(jù)采集和控制電腦(9)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場(chǎng)傾斜角測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)(4)包括2個(gè)PEM與I個(gè)偏振片。
【文檔編號(hào)】G01R33/02GK203930029SQ201420297097
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】余德良, 陳文錦 申請(qǐng)人:核工業(yè)西南物理研究院