CN113345604B - 一种适用于超导托卡马克的充气成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于超导托卡马克的充气成像系统，包括喷气管道系统、中继光路系统和高速相机系统。喷气管开有一排均匀分布的小孔，喷入中性气体形成气体云物面。中继光路系统包括镜片、内筒、外筒和观察窗等部件，将物面成像到高速相机感光面的指定区域。以往充气成像系统的光路系统基于成像光纤束，存在着光强损失严重和成像光纤束寿命短等问题。本发明的充气成像系统采用中继光路直接成像到高速相机感光面的方法，避免了成像光纤束的传输损失和原后端光路的光耦和损失，有效提高了高速相机接收面的光强度，提高充气成像系统的时间分辨率。中继光路系统采用内外筒的方式，机械性能稳定，真空密封安全可靠，也便于光路系统的安装和调整。
Description
技术领域
本发明涉及磁约束聚变等离子体诊断领域，具体是一种适用于超导托卡马克的充气成像系统。
背景技术
磁约束聚变通过特殊位形的磁场把等离子体控制在特定容器内，再利用辅助加热提高等离子体的温度和加料提高等离子体的密度，在满足劳逊判据的条件下可实现聚变点火。磁约束聚变能够提供清洁的能源，所需原材料在自然界储量丰富，因而聚变被认为是解决人类未来能源问题的可行途径。目前托卡马克和仿星器是最有可能实现受控磁约束聚变的两种装置。
在托卡马克和仿星器装置的边界，湍流被认为是引起横越磁力线等离子体输运的主要因素，对边界不稳定性和刮削层热流粒子流有重要影响。边界湍流的测量和模拟研究一直是磁约束聚变界的重要课题。测量边界湍流有多种诊断方法，例如朗缪尔探针、微波反射计、束发射光谱和热氦束等诊断。充气成像系统是直接测量边界湍流二维空间结构和随时间演化的诊断。它通过向边界等离子体喷入中性气体，如氘气或者氦气，形成气体云，再利用光路成像到高速相机感光面，获得某个波长的谱线信号的二维强度分布和演化。由于光强度与物面处的局域温度和密度有关，其涨落信号能够代表边界等离子体中的湍流强度。一般来说，充气成像系统的物面是沿着极向和径向的二维空间面，其测量结果反映的是湍流的二维结构。目前，充气成像系统已经应用在多个托卡马克装置中。
在现有的充气成像系统中，光路普遍采用前端光学镜筒、成像光纤束、两个单反镜头对接的后端光路系统和滤光片组成的方案，如申请人早期在东方超环托卡马克研制成功的充气成像系统(Liu S.C.et al 2012Rev.Sci.Instrum.83 123506)。该光路方案采用了成像光纤束，高速相机可以放置在与磁约束聚变装置窗口有一定距离的平台上，便于窗口外围空间的充分利用；而且前端光学镜筒可以做得很短，能降低整体造价。但是，使用成像光纤束会带来很大的光损失，例如4.5米长的Schott IG-154成像光纤束，光损失高达75％。当托卡马克装置运行在高功率放电条件下时，具有较强的高能射线辐射，成像光纤束寿命很短，难以完成长达数月的实验。此外，基于两个单反镜头对接的后端光路系统，也存在严重的光损失。一方面由于成像光纤束具有较大的数值孔径，与其连接的单反镜头无法接收光纤出口的所有光线；另一方面，由于成像光纤束的光学尺寸比高速相机指定感光面的尺寸大数倍，需要将光纤出口的图像缩放到感光面上，导致与光纤连接的镜头口径和焦距大于与高速相机连接的镜头，再次造成了很大的光损失。因此，基于成像光纤束的充气成像系统，很难提高像面的光强度和系统的时间分辨率。
超导托卡马克的超导线圈需要运行在极低温度环境中，需要较多的外真空空间铺设低温冷却管道，使得窗口井管的长度较长。为了设计一种适合适用于超导托卡马克的充气成像系统的光路方案，我们采用了较长的中继光路系统，将物面通过透镜组直接成像到高速相机指定大小的感光面上，可以将基于成像光纤束的光路方案的光强提高10倍以上。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于超导托卡马克的充气成像系统，以实现对边界湍流二维结构和演化的直接测量。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种适用于超导托卡马克的充气成像系统，包括喷气管道系统1、中继光路系统2和高速相机3。喷气管道系统1通过多个小孔向边界等离子体喷入中性气体，形成气体云物面。再通过中继光路系统2把所述气体云物面4成像到高速相机3感光面的指定区域，获得所述气体云物面4气体云特征谱线强度的二维结构演化。中继光路系统2包括镜片、中继光路机械内筒11、中继光路机械外筒9和观察窗8等部件，将物面成像到高速相机3感光面的指定区域。高速相机3采用商业高速相机，具有很高是拍摄速度。充气成像系统可通过在中继光路系统2中加入滤光片28，测量特定波长谱线的强度分布和演化。所述充气成像系统的中继光路系统2沿着主光轴长度较长，适用于具有较长窗口井管的超导托卡马克装置。
所述喷气管道系统包括喷气管道5、喷气管道保护套6和喷气管道支架7。所述喷气管道5采用316L不锈钢制成，为圆管或长方形管，由一排或多排喷气小孔组成，每排小孔均匀分布，使得喷出气体能够形成均匀的气体云物面4。喷气管道5被固定在一个喷气管道保护套6内，防止等离子体直接轰击喷气管道5。所述喷气管道保护套6可采用钼或者钨等材料加工而成，前面板正对喷气管道5开孔的位置有一条长方形的槽，宽度大于小孔直径，气体能够无阻碍通过。喷气管道5和喷气管道保护套6之间通过螺丝拧紧固定。所述喷气管道保护套6后方面板通过与喷气管道支架7焊接，喷气管道支架7另一端再焊接到真空室内壁，固定整个喷气管道系统1。所述喷气管道支架7有两条或多条支撑腿，由不锈钢圆管制成，现场采用焊接连接完成之后，再用不锈钢加强筋焊接到相邻的两条支撑腿上，组成三角形增加喷气管道支架的机械稳定性。
所述中继光路系统2包括镜片、中继光路机械内筒11、中继光路机械外筒9和观察窗8等部件，主要功能是将喷入气体云所在的物面成像到高速相机3的感光面，并且最大程度的增加像面的光强度。
所述中继光路机械外筒9为圆柱形或者长方体形，内部是空腔，用于放置中继光路机械内筒11。中继光路机械外筒9的前端有一个斜面法兰，从物面发出的光线垂直该斜面法兰入射。斜面法兰与玻璃观察窗8连接，隔离中继光路机械外筒9的内部和外部，通常中继光路机械外筒9内部与大气连通，中继光路机械外筒9外部是真空状态。中继光路机械外筒9的后端焊接在一个法兰盘上，通过该法兰盘最外围一圈通孔与托卡马克装置法兰的螺纹孔连接，采用氟橡胶的方式密封。该法兰盘的后端平面还开有一组带螺纹的腰型盲孔，用于与中继光路机械内筒11连接；此外还开有一组带螺纹的圆形盲孔，用于与高速相机支撑架10连接。
所述观察窗8通常采用石英玻璃与不锈钢法兰盘焊接而成。石英玻璃具有较好的抗辐射性能，能够在托卡马克放电条件下长期使用。
所述中继光路机械内筒11分成多段，相邻两段中继光路机械内筒11通过法兰盘连接组合在一起，且每个法兰盘的顶部对称开有多组螺纹孔，用于安装塑料球头立柱，辅助中继光路机械内筒11与中继光路机械外筒9的组装。中继光路机械内筒11内部为每个镜片设置了固定结构，保证镜片安装在正确的位置。机械内筒的最前端是一个光路反射结构，用于固定反射镜片的位置。中继光路机械内筒11的后段开有一个半圆形凹槽，可插入或取出滤光片28。中继光路机械内筒11的后段连接处法兰直径略大，与所述中继光路机械外筒9后端法兰面的腰型螺纹盲孔连接，并微调中继光路机械内筒11的角度使光路系统正对着物面；该法兰盘还开有一组圆形螺纹孔，与腰型螺纹盲孔位于一个同心圆上，用螺栓旋入该螺纹孔并顶紧中继光路机械外筒9的后端法兰盘，可微调所述中继光路系统2与高速相机3感光面之间的距离，使得像面36与感光面中心区域重合。中继光路机械内筒11的最后两段直径依次减小，末端套入高速相机3的转接法兰内；在避免背景光进入高速相机3感光面的同时，也便于调节像面36在感光面的位置。通常像面36尺寸小于整个感光面尺寸，因此需要将像面36调整到所需大小的像素区域内。
所述中继光路系统2包括多个镜片。处于最前端的是一个反射镜组合，采用平面反射镜或棱镜的方式，调整该反射镜组合的角度和位置，使从气体云物面4出来的入射光线在进入所述中继光路系统2后沿着主光轴传播。然后，光路中设置了多个镜片，使光线沿着主光轴传播。在靠近像面36的位置，利用多个透镜把光线转变为近平行光，再通过滤光片28，只保留所需波段内的光线，最后光线经过几个透镜会聚成像到像面36，即高速相机3感光面上的指定区域。所有透镜表面均做镀膜处理，以增加所需波段内光线的透过率。
所述高速相机3通常采用商业高速相机3，具有很高的拍摄速度。所述中继光路系统2的成像面36位于高速相机3感光面的中心区域，大小根据所选高速相机3像素元尺寸、物面尺寸和充气成像系统的空间分辨率而定。高速相机3前端有一个高速相机转接法兰18，该法兰的后端通过螺纹与高速相机3前端面板连接；高速相机转接法兰18前端的内径与所述中继光路系统2末端的外径配合，即高速相机转接法兰18的前端套入中继光路系统2的末端，通过调整高速相机3与中继光路机械内筒11之间的距离，使得中继光路系统2的像面36与高速相机3感光面的指定区域重合。高速相机3通过底部螺纹孔固定在高速相机支撑架10上。
所述高速相机支撑架10为“L”形，短的一侧通过机械外筒9后端法兰的圆形螺纹盲孔连接到所述中继光路系统2上，该侧支撑板的中心区域被挖空，使得中继光路机械内筒11的法兰盘可以穿过该支撑板。“L”形高速相机支撑架10长的一侧底板开有多个通孔，尺寸和间距与高速相机3底部的螺纹孔配合，用于将高速相机3固定在支撑架上。在“L”形高速相机支撑架10长的一侧板的两个侧面，还开有多个螺纹孔，可在高速相机3调试完成之后，用于安装高速相机的保护罩。
本发明的有益效果在于：
本发明提出了一种适用于超导托卡马克的充气成像系统，采用多排或单排小孔组成的喷气管道，喷入中性气体形成气体云物面；再通过中继光路系统把物面直接成像到高速相机感光面的指定区域。所述中继光路系统具有机械外筒和机械内筒的结构。其中机械外筒前端与石英玻璃观察窗连接密封，后端法兰与磁约束聚变装置法兰连接密封，机械外筒内部与大气连通；机械内筒集成了所有光学镜片和滤光片，可作为一个整体推进机械外筒的空腔内。在机械外筒安装完成且真空室抽真空之后，仍可在不破坏真空的情况下调试和维护光路系统。中继光路的后端与高速相机连接方式设计巧妙，通过调整高速相机前面板的转接法兰螺丝和中继光路内筒后端法兰的螺丝，便能够改变中继光路系统和高速相机之间的相对位置，并且光学内筒的角度可以旋转到合适的位置再固定，因此能够很容易地把中继光路系统的像面调整到与高速相机感光面的指定区域重合。该充气成像系统的优点是机械性能稳定，真空密封安全可靠，安装和光路调节简单。与之前普遍采用的基于成像光纤束的充气成像系统方案相比，本发明的充气成像系统光损失更小，能够大幅提高高速相机接收到的光强度，进而提高充气成像系统的时间分辨率，能更精确和深入地研究边界湍流的二维精细结构和演化。
附图说明
图1为充气成像系统各主要部分示意图；
图2为充气成像系统喷气管道系统示意图；
图3为充气成像系统中继光路系统与高速相机系统示意图，其中(a)为外部轮廓图，(b)为沿着(a)子图中A-A方向的剖视图，(c)为沿着(a)子图中B-B方向的剖视图；
图4为充气成像系统的光路示意图。
其中：1–喷气管道系统，2–中继光路系统，3–高速相机，4–气体云物面，5–喷气管道，6–喷气管道保护套，7–喷气管道支架，8–观察窗，9–中继光路机械外筒，10–高速相机支撑架，11–中继光路机械内筒，12–中继光路棱镜支架，13–机械内筒模块一，14–机械内筒模块二，15–机械内筒模块三，16–机械内筒模块四，17–机械内筒模块五，18–高速相机转接法兰，19–棱镜，20–镜片一，21–镜片二，22–镜片三，23–镜片四，24–镜片五，25–镜片六，26–镜片七，27–镜片八，28–滤光片，29–镜片九，30–镜片十，31–镜片十一，32–镜片十二，33–光阑一，34–光阑二，35–光阑三，36–像面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的适用于超导托卡马克的充气成像系统包括喷气管道系统1、中继光路系统2和高速相机3。充气成像系统的工作原理是喷气管道系统1向边界等离子体喷入中性气体，形成气体云物面4，再通过中继光路系统2把气体云物面4成像到高速相机3感光面的指定区域，获得气体云物面4气体云特征谱线强度的二维结构演化。喷气管道系统1如图2所示，包括喷气管道5、喷气管道保护套6和喷气管道支架7。喷气管道5采用316L不锈钢圆管制成，表面开有一排均匀分布的小孔，可向边界等离子体喷入中性气体形成气体云物面4。喷气管道5通过螺丝固定在一个钼喷气管道保护套6内，防止等离子体直接轰击喷气管道5，在钼喷气管道保护套6的前面板正对喷气管道5开孔的位置有一条长方形的槽，宽度大于小孔直径，气体能够无阻碍通过。喷气管道支架7有两条支撑腿，由不锈钢圆管制成，前端与喷气管道保护套6的后方面板焊接，后端与磁约束聚变装置真空室内壁焊接，两条支撑腿之间焊接有一条不锈钢加强筋，形成三角形增强喷气管道支架7的机械稳定性。
如图3所示，中继光路系统2分为中继光路机械外筒9、中继光路机械内筒11和观察窗8。中继光路机械外筒9为圆柱体，内部是空腔，用于放置中继光路机械内筒11。中继光路机械外筒9的前端有一个斜面法兰，与石英玻璃观察窗8连接，采用CF刀口的方式密封。从气体云物面4发出的光线垂直石英玻璃观察窗8入射。中继光路机械外筒9的后端焊接在一个法兰盘上，通过该法兰盘最外围一圈通孔与托卡马克装置法兰的螺纹孔连接，采用氟橡胶的方式密封。在托卡马克运行时，中继光路机械外筒9的内部空腔是大气状态，中继光路机械外筒9后端法兰盘之前的外部空间是真空状态。该法兰盘的后端平面还开有一组带螺纹的腰型盲孔，用于与中继光路机械内筒11的后段法兰盘连接；此外还开有一组带螺纹的圆形盲孔，用于与高速相机支撑架10连接。
如图3所示，中继光路机械内筒11分为多段模块，相邻两段模块通过法兰盘连接组合在一起，且每个法兰盘的顶部对称开有多组螺纹孔，用于安装塑料球头立柱，辅助中继光路机械内筒11与中继光路机械外筒9的组装。中继光路机械内筒11的最前端是一个中继光路棱镜支架12，用于固定棱镜19的位置。中继光路机械内筒11的后段(机械内筒模块五)开有一个半圆形凹槽，可插入或取出滤光片28。中继光路机械内筒11的后段连接处法兰(机械内筒模块四的末端法兰)与中继光路机械外筒9后端法兰面的腰型螺纹盲孔连接，并微调中继光路机械内筒11的角度使光路系统正对着物面；该法兰盘还开有一组圆形螺纹孔，与腰型螺纹盲孔位于一个同心圆上，用螺栓旋入该螺纹孔并顶紧中继光路机械外筒9的后端法兰盘，可微调中继光路系统2与高速相机3感光面之间的距离，使得像面36与感光面中心的指定区域重合。中继光路机械内筒11的最后两段直径依次减小，末端套入高速相机转接法兰18内，在避免背景光进入高速相机3感光面的同时，也便于调节像面36在感光面的位置。
如图3和图4所示，中继光路系统2包括13个镜片和滤光片28。处于最前端的是棱镜19，使气体云物面4发出的入射光线在进入中继光路系统2后沿着主光轴传播，并经过镜片20–24和光阑33–34，再由镜片25–27和光阑35把光线转变为近平行光，再通过滤光片28，只保留所需波段内的光线，最后光线经过镜片29–32会聚成像到像面36，即高速相机3感光面上的指定区域。所有镜片表面均做镀膜处理，以增加所需波段内光线的透过率。
高速相机3为商业高速相机，具有很高的拍摄速度。中继光路系统2的像面36位于高速相机3感光面的中心区域。高速相机3前端有一个高速相机转接法兰18，该法兰的后端通过螺纹与高速相机3前端面板连接；高速相机转接法兰18前端的内径与中继光路系统2末端的外径配合，即高速相机转接法兰18的前端套入中继光路系统2的末端，再通过调整高速相机3与中继光路机械内筒11之间的距离，使得光路系统的像面36与高速相机3感光面的指定区域重合。高速相机3通过底部螺纹孔固定在高速相机支撑架10上。
高速相机支撑架10为“L”形，短的一侧通过中继光路机械外筒9后端法兰的圆形螺纹盲孔连接到中继光路系统2上，该侧支撑板的中心区域被挖空，使得中继光路机械内筒11的法兰盘可以穿过该支撑板。“L”形高速相机支撑架10长的一侧底板开有多个通孔，尺寸和间距与高速相机3底部的螺纹孔配合，用于将高速相机3固定在高速相机支撑架10上。在“L”形高速相机支撑架10长的一侧板的两个侧面，还开有多个螺纹孔，可在高速相机3调试完成之后，用于安装高速相机3的保护罩。
本发明所述充气成像系统的光学系统安装过程如下：首先在实验室完成中继光路机械内筒11的组装和光路测试；将石英玻璃观察窗8与中继光路机械外筒9连接，真空密封形式为CF刀口法兰，然后对密封面进行检漏；将检漏合格的中继光路机械外筒9安装到磁约束聚变装置预留法兰上，并对氟橡胶密封面检漏；检漏合格后，将中继光路系统2的中继光路机械内筒11推入中继光路机械外筒9的空腔内，并在气体云物面4放置光源目标，调整中继光路机械内筒11的角度，使气体云物面4发出的光线垂直棱镜入射面入射，连接中继光路机械内筒11后段法兰与中继光路机械外筒9的后端法兰，初步固定中继光路机械内筒11；将高速相机支撑架10安装到中继光路机械外筒9的后端法兰；将高速相机转接法兰18套入中继光路机械内筒11末端；将高速相机3放到高速相机支撑架10上，并通过底部螺丝固定，再用螺丝连接高速相机3和高速相机转接法兰18；打开高速相机3，观察目标气体云物面4在高速相机3感光面的像36，通过调节高速相机转接法兰18与高速相机3之间的连接螺丝，中继光路机械内筒11后段法兰与中继光路机械外筒9后端法兰之间的连接螺丝，以及中继光路机械内筒11后段法兰上圆形螺纹孔内的螺丝，将气体云物面4的像36调到高速相机3感光面的指定区域。至此，光学系统安装和调试完成。本发明所述喷气管道系统1的安装过程如下：在实验室把喷气管道5装入喷气管道保护套6内，并用螺丝固定喷气管道5的位置；在磁约束聚变装置真空室内确定喷气管道保护套6的坐标位置，现场配装喷气管道支架7，截取合适长度的喷气管道支架7的两条支撑腿，焊接到真空室内壁上，再把喷气管道保护套6的后方面板焊接到喷气管道支架7的两条支撑腿上，最后在两条支撑腿上焊接不锈钢加强筋组成三角形加固，在整个喷气管道系统1的现场安装过程中，需要持续测量喷气管道保护套6前面板的坐标位置，保证安装精度。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (7)
1.一种适用于超导托卡马克的充气成像系统，其特征在于：包括喷气管道系统（1）、中继光路系统（2）和高速相机（3）；喷气管道系统（1）通过多个小孔向边界等离子体喷入中性气体，形成气体云物面（4），再通过中继光路系统（2）把所述气体云物面（4）成像到高速相机（3）感光面的指定区域，获得所述气体云物面（4）气体云特征谱线强度的二维结构演化；
所述中继光路系统（2）包括镜片、中继光路机械内筒（11）、中继光路机械外筒（9）和观察窗（8），将喷入气体云所在的物面成像到高速相机（3）的感光面；
所述中继光路机械外筒（9）为圆柱形或者长方体形，内部是空腔，用于放置中继光路机械内筒（11），中继光路机械外筒（9）的前端有一个斜面法兰，从气体云物面（4）发出的光线垂直该斜面法兰入射；斜面法兰与玻璃观察窗（8）连接，隔离中继光路机械外筒（9）的内部和外部，中继光路机械外筒（9）内部与大气连通，中继光路机械外筒（9）外部是真空状态；中继光路机械外筒（9）的后端焊接在一个法兰盘上，通过该法兰盘最外围一圈通孔与托卡马克装置法兰的螺纹孔连接，采用氟橡胶的方式密封；该法兰盘的后端平面还开有一组带螺纹的腰型盲孔，用于与中继光路机械内筒（11）连接；此外还开有一组带螺纹的圆形盲孔，用于与高速相机支撑架（10）连接；
所述中继光路系统（2）包括多个镜片，处于最前端的是一个反射镜组合，采用平面反射镜或棱镜的方式，调整该反射镜组合的角度和位置，使从气体云物面（4）出来的入射光线在进入所述中继光路系统（2）后沿着主光轴传播，然后，光路中设置了多个镜片，使光线沿着主光轴传播；在靠近像面（36）的位置，利用多个透镜把光线转变为近平行光，再通过滤光片（28），只保留所需波段内的光线，最后光线经过几个透镜会聚成像到像面（36），即高速相机（3）感光面上的指定区域；所有透镜表面均做镀膜处理。
2.根据权利要求1所述的适用于超导托卡马克的充气成像系统，其特征在于：所述喷气管道系统包括喷气管道（5）、喷气管道保护套（6）和喷气管道支架（7）；所述喷气管道（5）采用316L不锈钢制成，为圆管或长方形管，由一排或多排喷气小孔组成，每排小孔均匀分布，使得喷出气体能够形成均匀的气体云物面（4）；喷气管道（5）被固定在一个喷气管道保护套（6）内，防止等离子体直接轰击喷气管道（5）；所述喷气管道保护套（6）采用钼或者钨加工而成，前面板正对喷气管道（5）开孔的位置有一条长方形的槽，宽度大于小孔直径，气体能够无阻碍通过；喷气管道（5）和喷气管道保护套（6）之间通过螺丝拧紧固定；所述喷气管道保护套（6）后方面板通过与喷气管道支架（7）焊接，喷气管道支架（7）另一端再焊接到真空室内壁，固定整个喷气管道系统（1）；所述喷气管道支架（7）有两条或多条支撑腿，由不锈钢圆管制成，现场采用焊接连接完成之后，再用不锈钢加强筋焊接到相邻的两条支撑腿上。
3.根据权利要求1所述的适用于超导托卡马克的充气成像系统，其特征在于：所述观察窗（8）采用石英玻璃与不锈钢法兰盘焊接而成。
4.根据权利要求1所述的适用于超导托卡马克的充气成像系统，其特征在于：所述中继光路机械内筒（11）分成多段，相邻两段中继光路机械内筒（11）通过法兰盘连接组合在一起，且每个法兰盘的顶部对称开有多组螺纹孔，用于安装塑料球头立柱，辅助中继光路机械内筒（11）与中继光路机械外筒（9）的组装；中继光路机械内筒（11）内部为每个镜片设置了固定结构，保证镜片安装在正确的位置；中继光路机械内筒（11）的最前端是一个光路反射结构，用于固定反射镜片的位置；中继光路机械内筒（11）的后段开有一个半圆形凹槽，可插入或取出滤光片（28）；中继光路机械内筒（11）的后段连接处法兰与所述中继光路机械外筒（9）后端法兰面的腰型螺纹盲孔连接，并微调中继光路机械内筒（11）的角度使光路系统正对着物面；该法兰盘还开有一组圆形螺纹孔，与腰型螺纹盲孔位于一个同心圆上，用螺栓旋入该螺纹孔并顶紧中继光路机械外筒（9）的后端法兰盘，可微调所述中继光路系统（2）与高速相机（3）感光面之间的距离，使得像面（36）与感光面中心区域重合；中继光路机械内筒（11）的最后两段直径依次减小，末端套入高速相机（3）的转接法兰内。
5.根据权利要求1所述的适用于超导托卡马克的充气成像系统，其特征在于：所述中继光路系统（2）的成像面位于高速相机（3）感光面的中心区域；高速相机（3）前端有一个高速相机转接法兰（18），该法兰的后端通过螺纹与高速相机（3）前端面板连接；高速相机转接法兰（18）前端的内径与所述中继光路系统（2）末端的外径配合，即高速相机转接法兰（18）的前端套入中继光路系统（2）的末端，通过调整高速相机（3）与中继光路机械内筒（11）之间的距离，使得中继光路系统（2）的像面（36）与高速相机（3）感光面的指定区域重合；高速相机（3）通过底部螺纹孔固定在高速相机支撑架（10）上。
6.根据权利要求5所述的适用于超导托卡马克的充气成像系统，其特征在于：所述高速相机支撑架（10）为“L”形，短的一侧通过中继光路机械外筒（9）后端法兰的圆形螺纹盲孔连接到所述中继光路系统（2）上，该侧支撑板的中心区域被挖空，使得中继光路机械内筒（11）的法兰盘穿过该支撑板；“L”形高速相机支撑架（10）长的一侧底板开有多个通孔，尺寸和间距与高速相机（3）底部的螺纹孔配合，用于将高速相机（3）固定在高速相机支撑架（10）上；在“L”形高速相机支撑架（10）长的一侧板的两个侧面，还开有多个螺纹孔，可在高速相机（3）调试完成之后，用于安装高速相机的保护罩。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：在中继光路系统（2）中加入滤光片（28），测量特定波长谱线的强度分布和演化。
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