CN115468910A - 一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于磁约束受控核聚变与光学诊断领域，具体涉及一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统，该系统包括光源、色散分光系统、微通道板、光纤锥、高速采集相机、计算机处理单元、真空抽气系统和远程控制系统；其中光源、色散分光系统、微通道板、光纤锥、高速采集相机依次连接，色散分光系统和真空抽气系统的一端连接，真空抽气系统的另一端和远程控制系统连接。本发明采用大尺寸微通道板作为托卡马克装置中极紫外光谱空间分布测量系统的部件之一，缩短极紫外光谱空间分布测量系统与托卡马克装置之间的连接距离，同时增加被测量的极紫外光谱空间分布的空间范围。

Description

一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统
技术领域
本发明属于磁约束受控核聚变与光学诊断领域，具体涉及一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统。
背景技术
在磁约束聚变等离子体研究中，杂质是其中不可避开的一个存在。杂质是指等离子体中除工作气体之外的其他元素，主要是通过等离子体与其面向材料的相互作用(物理溅射、化学腐蚀等)产生的。杂质根据其原子核数可分为轻杂质和重杂质，轻杂质可以造成聚变燃料的稀释，增强韧致辐射功率，影响聚变反应的实现；重杂质通过线辐射损失能量，严重影响等离子体的约束。另一方面，在实验运行中，杂质也会被人为主动引入到等离子体中，因为科研人员发现适量的杂质对维持等离子体的高约束运行及等离子体诊断会有辅助作用，例如在高约束模式(H模)放电中，可以通过主动地注入杂质使其沉积在等离子体的台基区，实现边缘局域模(ELM)的缓解和抑制；在国际热核聚变实验堆(ITER)运行中，辐射偏滤器运行模式是实现等离子体高约束放电的方法之一，这里需要通过外部主动的杂质注入实现等离子体的脱靶运行；主动地注入比较大量的重金属杂质，可以用于缓解等离子体大破裂，从而避免损害托卡马克主机系统；用于等离子体中离子温度测量的弯晶谱仪诊断系统也是需要通过杂质的注入实现对离子温度的探测等等。在近些年来与杂质相关的物理研究在核聚变等离子体物理研究中的地位越来越重要。
在当今的高温托卡马克装置等离子体中，等离子体中的杂质被电离成更高价态的离子，其产生的光谱向极紫外波长区域移动，可以低到1nm。光谱诊断是进行杂质监测及输运研究的有效手段，并且广泛地应用于中国及世界的多个磁约束聚变研究装置。光谱测量及分析是进行杂质研究的基础，但目前对极紫外波段的杂质辐射在等离子体中的分布进行高精度快速测量还是个难题。因此需要设计一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统，实现对托卡马克装置中极紫外光谱空间分布进行高精度快速测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统，解决目前缺乏针对极紫外波段的杂质辐射在等离子体中的分布进行高精度快速测量难题。
实现本发明目的的技术方案：
一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统，该系统包括光源、色散分光系统、微通道板、光纤锥、高速采集相机、计算机处理单元、真空抽气系统和远程控制系统；
其中光源、色散分光系统、微通道板、光纤锥、高速采集相机依次连接，色散分光系统和真空抽气系统的一端连接，真空抽气系统的另一端和远程控制系统连接；微通道板和远程控制系统连接；色散分光系统、高速采集相机和远程控制系统分别和计算机处理单元连接。
所述的色散分光系统和计算机处理单元之间设有色散系统控制器，用来控制色散分光系统的探测波长。
所述的微通道板和远程控制系统之间设有微通道板控制器。
所述的真空抽气系统和远程控制系统之间设有真空抽气系统控制器，具有真空抽气处理及真空连通开启及关断功能。
所述的光源和色散分光系统之间通过真空管道连接。
所述的色散分光系统和真空抽气系统之间通过真空管道连接。
所述的色散系统控制器通过传输线与计算机处理单元连接。
所述的高速采集相机通过USB传输线与计算机处理单元连接。
所述的远程控制系统通过网线与计算机处理单元连接。
所述的真空抽气系统控制器通过信号电缆连接到远程控制系统。
本发明的有益技术效果在于：
(1)本发明采用微通道板对入射光子进行测量，将光谱的波长分布和空间分布成像在荧光屏上，光纤锥将荧光屏上的像传输到高速采集相机，实现系统的高速采集，采集频率在100Hz及以上。
(2)本发明采用大尺寸微通道板作为托卡马克装置中极紫外光谱空间分布测量系统的部件之一，缩短极紫外光谱空间分布测量系统与托卡马克装置之间的连接距离，同时增加被测量的极紫外光谱空间分布的空间范围。
附图说明
图1为本发明所提供的一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统示意图；
图中：1-光源；2-色散分光系统；3-微通道板；4-光纤锥；5-高速采集相机；6-计算机处理单元；7-真空管道；8-真空抽气系统；9-色散分光系统控制器、10-真空抽气系统控制器、11-微通道板控制器；12-远程控制系统。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，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。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。
如图1所示，本发明所提供的一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统，该系统包括光源1、色散分光系统2、微通道板3、光纤锥4、高速采集相机5、计算机处理单元6、真空管道7、真空抽气系统8、色散系统控制器9、真空抽气系统控制器10、微通道板控制器11和远程控制系统12。
光源1与色散分光系统2通过不锈钢真空管道7连通；微通道板3安装在色散分光系统2的真空腔体的出口；微通道板3、光纤锥4和高速采集相机5依次相连接；色散分光系统2一侧设有色散分光系统控制器9，另一侧与真空抽气系统8一端通过不锈钢真空管道7连通；真空抽气系统8的另一端和真空抽气系统控制器10连接；微通道板3一侧设有微通道板控制器11；真空抽气系统控制器10和微通道板控制器11分别与远程控制系统12连接；色散分光系统控制器9、高速采集相机5和远程控制系统12分别与计算机处理单元6连接。
色散分光系统控制器9控制色散分光系统2的探测波长，通过RS232传输线与计算机处理单元6连接。
真空抽气系统控制器10具有真空抽气处理及真空连通开启及关断功能，通过信号电缆连接到远程控制系统12。
微通道板3通过高压电缆和信号电缆连接到微通道板控制器11，微通道板控制器11通过信号电缆连接到远程控制系统12。
远程控制系统12通过网线与计算机处理单元6连接。
高速采集相机5通过USB传输线与计算机处理单元6连接。
托卡马克等离子体发出的极紫外波段的光，通过色散分光系统2得到聚焦在同一个焦平面上的按照波长顺序排列的光谱。
微通道板3安装在色散分光系统2的光路的焦平面位置，极紫外光谱的空间分布按照波长顺序成像在微通道板上。
光纤锥4将微通道板3的像按一定比例传输到高速采集相机5上，通过计算机处理单元6对高速采集相机5上的像进行数据进行采集、显示并保存数据。
本发明适用的波长范围为1-60nm。
在工作状态下，光源1、色散系统2和微通道板3之间的连接均为真空状态，以保证系统能够正常工作。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (10)

1.一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统，其特征在于：该系统包括光源(1)、色散分光系统(2)、微通道板(3)、光纤锥(4)、高速采集相机(5)、计算机处理单元(6)、真空抽气系统(8)和远程控制系统(12)；
其中光源(1)、色散分光系统(2)、微通道板(3)、光纤锥(4)、高速采集相机(5)依次连接，色散分光系统(2)和真空抽气系统(8)的一端连接，真空抽气系统(8)的另一端和远程控制系统(12)连接；微通道板(3)和远程控制系统(12)连接；色散分光系统(2)、高速采集相机(5)和远程控制系统(12)分别和计算机处理单元(6)连接。
2.根据权利要求1所述的一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统，其特征在于：所述的色散分光系统(2)和计算机处理单元(6)之间设有色散系统控制器(9)，用来控制色散分光系统(2)的探测波长。
3.根据权利要求2所述的一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统，其特征在于：所述的微通道板(3)和远程控制系统(12)之间设有微通道板控制器(11)。
4.根据权利要求3所述的一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统，其特征在于：所述的真空抽气系统(8)和远程控制系统(12)之间设有真空抽气系统控制器(10)，具有真空抽气处理及真空连通开启及关断功能。
5.根据权利要求4所述的一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统，其特征在于：所述的光源(1)和色散分光系统(2)之间通过真空管道(7)连接。
6.根据权利要求5所述的一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统，其特征在于：所述的色散分光系统(2)和真空抽气系统(8)之间通过真空管道(7)连接。
7.根据权利要求6所述的一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统，其特征在于：所述的色散系统控制器(9)通过传输线与计算机处理单元(6)连接。
8.根据权利要求7所述的一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统，其特征在于：所述的高速采集相机(5)通过USB传输线与计算机处理单元(6)连接。
9.根据权利要求8所述的一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统，其特征在于：所述的远程控制系统(12)通过网线与计算机处理单元(6)连接。
10.根据权利要求9所述的一种托卡马克装置极紫外光谱空间分布的测量系统，其特征在于：所述的真空抽气系统控制器(10)通过信号电缆连接到远程控制系统(12)。
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