CN116189925A - 一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁约束聚变实验装置等离子体密度测量技术领域，具体涉及一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，包括：收光系统、分光系统、探测系统和采集控制系统；收光系统的一端与分光系统的一端密封连接，分光系统的另一端与探测系统的一端密封连接，探测系统的另一端连接至采集控制系统；收光系统的另一端设置在磁约束聚变实验装置真空室内部。本发明突破传统束发射谱诊断因测量原理导致的厘米级空间分辨率限制，实现对等离子体密度及其扰动的更高精度测量。

Description

一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置

技术领域

本发明涉及磁约束聚变实验装置等离子体密度测量技术领域，具体涉及一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置。

背景技术

核聚变是宇宙中一种普遍的能量制造方式。聚变能由于其可持续性、安全性、清洁性等优点，被认为是未来解决人类社会发展问题的主要能源供给方式之一。根据劳森判据，为了实现聚变反应净能量输出，等离子体密度、等离子体温度和能量约束时间三者的乘积需要高于一定阈值。磁约束核聚变装置作为目前极有前景且备受关注的聚变电站方案，其主要原理是通过利用特殊位形的强磁场约束高温等离子体，使等离子体可控且持续地发生自持聚变反应，实现净能量输出。

对于磁约束核聚变研究，如何降低等离子体中的湍流输运，提高等离子体的约束水平，进而提高聚变三乘积，是目前极为关键的科学问题之一。当湍流及其引起的等离子体输运被抑制时，会形成带有输运垒特征的等离子体先进运行模式。在先进运行模式下，等离子体温度和密度会大幅提升。先进运行模式将成为未来国际热核聚变实验堆(ITER)和中国聚变工程实验堆(CFETR)主要的运行模式。因此对湍流输运以及内部/边界输运垒的物理研究是磁约束核聚变的主要研究课题之一。

等离子体密度扰动是磁约束核聚变实验装置中研究湍流的重要物理量。目前在磁约束核聚变实验装置中，束发射谱诊断是具有等离子体密度及密度扰动测量能力的主要诊断，被广泛应用于湍流测量。目前磁约束核聚变实验装置等离子体密度较低(～10¹⁹/m³)，根据适用于稀薄等离子体的日冕模型，局域等离子体密度和中性束与等离子体相互作用发射的荧光强度成正比。由于中性束速度较快，中性束与等离子体相互作用发射的荧光信号相对于观测点，会有多普勒频移，从而可以区分中性束与等离子体相互作用发射的荧光信号以及背景等离子体发光。常规的束发射谱诊断通过测量中性束与等离子体相互作用发射的可见光波段的多普勒频移后的巴尔末-阿尔法谱线(n＝3→2,656.10nm)，来获取局域等离子体密度及扰动信息。常规束发射谱诊断装置通常包括收光透镜组，传输光纤，滤光系统，探测系统，采集系统等子系统。相较于其他类型湍流诊断，如仅能测量等离子体边缘及刮削层区域的静电探针和喷气成像诊断，以及仅具有弦积分测量能力的相衬成像等诊断，束发射谱诊断是能够局域地进行等离子体密度及其扰动全剖面高时间分辨测量的先进诊断。

虽然常规的束发射谱诊断具有微秒量级的高时间分辨能力，但是受物理测量原理限制，目前常规束发射谱诊断空间分辨率较低，世界领先水平也只能达到1-3cm，并且信噪比(SNR)较低，无法进一步提升。

进而，常规束发射谱诊断一方面无法应用于边界输运垒(～2cm)等空间范围窄的物理现象的深入研究；另一方面在由于中性束衰减导致常规束发射谱诊断信噪比较低的等离子体芯部区域，无法进行内部输运垒的精确测量。

因此，需要设计一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，以解决上述现有技术问题。

发明内容

本发明提出一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，用于解决常规束发射谱诊断装置的空间分辨率不足以及信噪比(SNR)较低的技术缺陷。

本发明的技术方案：

一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，包括：收光系统10、分光系统20、探测系统30和采集控制系统40；收光系统10的一端与分光系统20的一端密封连接，分光系统20的另一端与探测系统30的一端密封连接，探测系统30的另一端连接至采集控制系统40；收光系统10的另一端设置在磁约束聚变实验装置真空室内部。

所述收光系统10包括：第一镜101、反射镜组、插板阀104、真空腔A105；

收光系统10设置在磁约束聚变实验装置真空室内部的端面上设置有第一镜101；

所述真空腔A105的前端连接有第一镜101，所述真空腔A105的后端与分光系统20密封连接，所述插板阀104设置在真空腔A105内部，用于在非实验状态时隔绝莱曼束发射谱诊断装置和磁约束聚变实验装置真空室的真空；

所述反射镜组将磁约束聚变实验装置内中性束与等离子体相互作用发出的荧光收集并成像至分光系统20内；

所述真空腔A105的外壁面上还开设有真空法兰A1051，用于与抽真空装置密封连接；

所述第一镜101用于将中性束与等离子体相互作用发出的荧光引出磁约束聚变实验装置真空室，并投射到反射镜组上。

所述分光系统20为真空紫外单色仪；分光系统20的聚焦成像面上设置有探测系统30；所述分光系统20包括：真空腔B201、准直镜203、光栅204、和聚焦镜205；所述真空腔B201内部分别设置有入口狭缝202、准直镜203、光栅204和聚焦镜205；所述真空腔B201的外壁面上开设有真空法兰B2011；真空腔B201内部开设有入口狭缝202，真空腔B201内部为真空；所述准直镜203设置在接收入口狭缝202光路的位置，光栅204设置在接收准直镜203反射光路的位置，所述聚焦镜205设置在接收光栅204衍射光路的位置，所述聚焦镜205将接收到的光栅204衍射光路聚集成像至探测器302。

所述探测系统30包括：真空盲板法兰C301、探测器302、信号放大电路303和冷却模块；所述冷却模块包括：热电制冷模块3041和风冷模块3042；

所述真空盲板法兰C301与分光系统20密封连接，所述真空盲板法兰C301设置在真空腔B201内部真空环境的端面上分别设置有探测器302、信号放大电路303和热电制冷模块3041；所述真空盲板法兰C301未设置在真空腔B201内部真空环境的端面上设置有风冷模块3042。

所述探测器302为线阵探测器，用以探测不同入口狭缝202高度处的经分光后聚焦的特定波长衍射光。

所述采集控制系统40包括：通信光纤402、模数转换模块、光纤采集卡403和工控机404；所述模数转换模块包括:模数转换电路4011和光模块4012；

所述通信光纤402的一端上连接有模数转换模块，所述模数转换模块与探测系统30上的真空盲板法兰C301连接，通信光纤402的另一端连接光纤采集卡403，所述工控机404内部设置有光纤采集卡403。

所述光模块4012用于将数字电信号转换为光信号。

所述反射镜可选非球面或自由曲面，用以在满足系统成像质量要求的前提下，减少反射镜的数量，提高通光效率。

所述反射镜可镀铝和氟化物的双层膜或者氟化物的多层膜，用以提高反射镜在真空紫外波段的反射率。

反射镜的镀膜厚度需根据入射波长和入射角度优化设计，用以提高反射镜在真空紫外波段的反射率。

本发明的有益效果：

1、本发明首次采用等离子体莱曼-阿尔法谱线，对基于莱曼-阿尔法谱线的束发射谱诊断技术进行探索，突破传统束发射谱诊断因测量原理导致的厘米级空间分辨率限制，实现对等离子体密度及其扰动的更高精度测量(毫米量级)。

2、本发明提供了通过收集测量磁约束聚变实验装置上中性束与等离子体相互作用发射的莱曼-阿尔法谱线，来获取局域等离子体密度及扰动剖面分布的技术方案，使束发射谱诊断系统的空间分辨率提高到亚厘米量级；同时在保证微秒量级时间分辨率的同时，可以获得更高的光通量和信噪比，从而实现磁约束聚变实验装置等离子体密度及其扰动的高信噪比高时空分辨测量，进而满足湍流输运和先进运行模式等物理研究需要。

3.本发明将莱曼束发射谱诊断装置细化为收光系统、分光系统、探测系统和采集控制系统这四个子系统，并通过对装置整体、各子系统和各部件的优化设计，实现了对真空紫外波段的多普勒频移后的莱曼-阿尔法谱线的高效率收集、传输、分光、探测及信号处理，以提高系统性能。

4.本发明结构紧凑，工艺先进，效率高，稳定可靠；收光系统和分光系统结构灵活，可根据磁约束聚变实验装置的参数和所需观测范围进行优化设计，适用性强。

5.本发明对探测系统进行了温控设计，使探测系统维持在一定低温条件下，可以降低探测系统的电子学噪声，提高系统的带宽和信噪比，同时可以提高系统的稳定性和准确度。

6.通常由于磁约束聚变实验装置诊断窗口附近空间占有率过高，可用空间少，采集系统需放置在距离诊断窗口约10米外，通过传输线传输电信号。因而本发明采用了与常规诊断采集系统不同的设计，将模数转换模块设置于探测系统上并紧邻探测系统，通过通讯光纤传输光信号。此种设计可以降低较弱的模拟电信号在传输过程中的失真，以及磁约束聚变实验装置周围复杂电磁场造成的串扰等干扰的影响，从而提高采集数据的准确性。

7.本发明除了能用于磁约束聚变实验装置等离子体光谱诊断外，还可以用于天体物理分析、空间环境探测、光学检测等领域。

附图说明

图1是本发明设计的等离子体密度测量用莱曼束发射谱诊断装置结构示意图

图2是本发明设计的等离子体密度测量用莱曼束发射谱诊断装置侧视图；

图3是本发明设计的等离子体密度测量用莱曼束发射谱诊断装置中分光系统和探测系统的结构示意图；

图4是是本发明设计的等离子体密度测量用莱曼束发射谱诊断装置中探测系统和采集控制系统的结构示意图；

其中：10-收光系统、101-第一镜、102-反射镜A、103-反射镜B、104-插板阀、105-真空腔A、1051-真空法兰A；

20-分光系统、201-真空腔B，2011-真空法兰B、202-入口狭缝，203-准直镜，204-光栅、205-聚焦镜；

30-探测系统、301-真空盲板法兰C、302-探测器、303-信号放大电路、3041-热电制冷模块、3042-风冷模块；

40-采集控制系统、4011-模数转换电路、4012-光模块、402-通信光纤、403-光纤采集卡、404-工控机；

50-中性束、60-等离子体、70-窗口大法兰。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置进行详细说明。

一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，包括：收光系统10、分光系统20、探测系统30和采集控制系统40；收光系统10的一端与分光系统20的一端密封连接，分光系统20的另一端与探测系统30的一端密封连接，探测系统30的另一端连接至采集控制系统40；收光系统10的另一端设置在磁约束聚变实验装置真空室内部。

所述收光系统10包括：第一镜101、反射镜组、插板阀104、真空腔A105；

收光系统10设置在磁约束聚变实验装置真空室内部的端面上设置有第一镜101；

所述真空腔A105的前端连接有第一镜101，所述真空腔A105的后端与分光系统20密封连接，所述插板阀104设置在真空腔A105内部，用于在非实验状态时隔绝莱曼束发射谱诊断装置和磁约束聚变实验装置真空室的真空；

所述反射镜组将磁约束聚变实验装置内中性束与等离子体相互作用发出的荧光收集并成像至分光系统20内；

本实施中的反射镜组包括：反射镜A102和反射镜B103

所述反射镜A102设置在真空腔A105内部后端，所述反射镜A102中心位置处开设有中心通孔；反射镜B103设置在反射镜A102前端，用于接收反射镜A102反射的荧光并反射至反射镜A102的中心通孔内；所述反射镜A102上的中心通孔使反射镜B103反射的荧光通过，并传入分光系统20内；

所述真空腔A105的其中一个壁面上还开设有真空法兰A1051，用于与抽真空装置密封连接；

本实施中，所述第一镜101可为平面或曲面反射镜，用于将中性束与等离子体相互作用发出的荧光引出磁约束聚变实验装置真空室，并投射到反射镜A102上。

所述分光系统20为真空紫外单色仪；分光系统20的聚焦成像面上设置有探测系统30；所述分光系统20包括：真空腔B201、准直镜203、光栅204、和聚焦镜205；所述真空腔B201内部分别设置有入口狭缝202、准直镜203、光栅204和聚焦镜205；

本实施例中，所述真空腔B201整体为中空多边体结构，共7个壁面，所述真空腔B201的其中一壁面上开设有真空法兰B2011；真空腔B201内部开设有入口狭缝202，真空腔B201内部为真空；所述准直镜203设置在接收入口狭缝202光路的位置，光栅204设置在接收准直镜203反射光路的位置，所述聚焦镜205设置在接收光栅204衍射光路的位置，所述聚焦镜205将接收到的光栅204衍射光路聚集成像至探测器302。

所述探测系统30包括：真空盲板法兰C301、探测器302、信号放大电路303和冷却模块；所述冷却模块包括：热电制冷模块3041和风冷模块3042；

所述真空盲板法兰C301与分光系统20密封连接，所述真空盲板法兰C301设置在真空腔B201内部真空环境的端面上分别设置有探测器302、信号放大电路303和热电制冷模块3041；所述真空盲板法兰C301未设置在真空腔B201内部真空环境的端面上设置有风冷模块3042。

所述探测器302为线阵探测器，用以探测不同入口狭缝202高度处的经分光后聚焦的特定波长衍射光。

所述采集控制系统40包括：通信光纤402、模数转换模块、光纤采集卡403和工控机404；所述模数转换模块包括:模数转换电路4011和光模块4012；

所述通信光纤402的一端上连接有模数转换模块，所述模数转换模块与探测系统30上的真空盲板法兰C301连接，通信光纤402的另一端连接光纤采集卡403，所述工控机404内部设置有光纤采集卡403。

所述光模块4012用于将数字电信号转换为光信号；所述光模块4012为双芯LC光纤接口。

所述反射镜可选非球面或自由曲面，用以在满足系统成像质量要求的前提下，减少反射镜的数量，提高通光效率。

所述反射镜可镀铝和氟化物的双层膜或者氟化物的多层膜，用以提高反射镜在真空紫外波段的反射率。

反射镜的镀膜厚度需根据入射波长和入射角度优化设计，用以提高反射镜在真空紫外波段的反射率。

实施例：如图1至图4所示，一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，应用于托卡马克磁约束聚变实验装置上，本实施例中，收光系统10包括反射镜A102、反射镜103、插板阀104和真空腔A105。

收光系统10处于高真空环境，用于将中性束50与等离子体60相互作用发出的特定空间位置的荧光以一定放大率成像到分光系统20的入口狭缝202特定高度处。

本实施例中，所述中性束50与等离子体60主要成分均为氘。

本实施例中，所述等离子体60为环形等离子体。

所述插板阀104用于在非实验状态时，隔绝莱曼束发射谱诊断系统和磁约束聚变实验装置真空室的真空。

本实施例中，窗口大法兰70为磁约束聚变实验装置真空室的一部分。

所述真空腔A105用于为收光系统10提供高真空环境，用以防止探测的多普勒频移后的莱曼-阿尔法谱线在空气中传输时发生的快速衰减。

所述真空腔A105的壁上设有真空法兰A1051，真空法兰A1051用于与真空发生装置密封连接，也即抽真空装置可以通过真空法兰A1051对真空腔A105抽真空。

本实施例中，所有反射镜基底材料均选择为微晶玻璃，用以减少由于温度的变化导致的反射镜面形和尺寸等参数变化，从而提高收光系统10成像质量等性能的热稳定性。

所述第一镜101为平面反射镜，用于将中性束50与等离子体60相互作用发出的荧光引出磁约束聚变装置真空室，并投射到反射镜A102上。

本实施例中，为了获得较高的光通量和信噪比，所述第一镜101置于磁约束聚变实验装置真空室内。本实施例中，所述第一镜101尺寸为270mm×194mm×20mm(长×宽×高)。

本实施例中为了减小像差，反射镜A102和反射镜B102均为同轴望远式收光结构。本实施例中，反射镜A102和反射镜B102置于真空法兰A105内，用以将第一镜101反射的等离子体60边界区域特定空间位置的荧光以一定放大率成像到分光系统20的入口狭缝202特定高度处。

本实施例中，收光系统10的观测范围为等离子体归一化小半径0.75～1.0，覆盖了典型边界输运垒所在区域。

所述等离子体归一化小半径指局域等离子体空间位置的归一化坐标。

本实施例中，收光系统10的放大率为～1/4。

本实施例中，收光系统10实现的空间分辨率为～3mm。

本实施例中，反射镜A102和反射镜B102为非球面反射镜。

本实施例中，反射镜A102为椭球面凹面反射镜，通光口径为300mm，中心通光孔口径为130mm，曲率半径为560mm，圆锥系数为0.9。

本实施例中，反射镜B102为双曲面凸面反射镜，通光口径为142mm，曲率半径为589mm，圆锥系数为18。

本实施例中，反射镜A102中心通光孔的作用为使反射镜B102反射的光通过。

本实施例中，收光系统10全视场RMS半径值均小于80μm，可以满足莱曼束发射谱诊断装置的像差要求。

本实施例中，所有反射镜均镀铝膜和氟化镁膜。先镀铝膜，然后在铝膜上镀氟化镁膜，用以防止由于铝膜的氧化而使反射率降低。

本实施例中，反射镜所镀铝膜厚度均为100nm。

本实施例中，不同反射镜所镀氟化镁膜厚度需根据入射波长和入射角度优化设计，用以提高探测波长的反射率，进而提高收光系统10的收光效率。

本实施例中，第一镜101所镀氟化镁膜厚度为30nm。

本实施例中，反射镜A102和反射镜B102所镀氟化镁膜厚度均为26nm。

本实施例中，第一镜101在122nm波长处的理论反射率为86％；反射镜A102和反射镜B103在122nm波长处的理论反射率为90％

本实施例中，为了提高反射镜反射率，使反射率实测值接近理论值，所有反射镜的粗糙度均小于1nm。

本实施例中，收光系统10收集的莱曼-阿尔法谱线的多普勒频移量为0.5nm。

所谓分光系统20为真空紫外单色仪系统，设置于收光系统10后并与其密封连接，用于将入口狭缝202处不同波长的光进行分光，并仅将多普勒频移后的莱曼-阿尔法谱线成像到探测器302的探测面上。

所述真空紫外单色仪结构可灵活选取，如掠入射型，正入射型，Czerny-Turner型，Seya-Namioka型等常用的真空紫外单色仪结构。

本实施例中，所述真空紫外单色仪系统为高线色散系统，用以在满足一定空间分辨和光通量的前提下，使多普勒频移后的莱曼-阿尔法谱线与背景莱曼-阿尔法谱线完全分开。

本实施例中，分光系统20为Czerny-Turner型真空紫外单色仪。

本实施例中，分光系统20包括包括真空法兰B201，入口狭缝202，准直镜203，光栅204，聚焦镜205。

本实施例中，分光系统20线色散为0.14nm/mm。

本实施例中，真空法兰B201的壁上设有真空法兰2011，真空法兰2011用于与抽真空装置密封连接，也即抽真空装置可以通过真空法兰2011对真空法兰B201抽真空。

所谓探测系统30，包括真空盲板法兰C301、探测器302、信号放大电路303和冷却模块，用于将探测光通过光电效应转换成电信号，并将电信号进行信号放大后传输到采集控制系统40。

所述探测器302的探测面与分光系统20的成像面重合。

本实施例中，所述冷却模块包括：设置于真空盲板法兰C301内壁上的热电制冷模块3041和真空盲板法兰C301外壁上的风冷模块3042。

真空盲板法兰C301的内壁为设置在真空腔B201内部真空环境；

真空盲板法兰C301的外壁为未设置在真空腔B201内部真空环境。

冷却模块的作用是将探测器302和信号放大电路303维持在一定的低温，用以降低探测器302和信号放大电路303的暗电流等噪声，并且降低探测器302的结电容，从而可以降低探测系统30的噪声，提高探测系统30的信噪比和带宽。

进一步优化，所述探测器302和信号放大电路303设置于热电制冷模块3041上。

所述真空盲板法兰C301与分光系统20密封地连接，使探测器302、信号放大电路303和热电制冷模块3041处于分光系统20的真空环境中，用以防止探测器302探测的多普勒频移后的莱曼-阿尔法谱线在空气中的快速衰减。

所述探测器302的探测面与分光系统20的聚集成像面重合。

进一步优化，所述探测器302为线阵探测器，用以探测不同入口狭缝202高度处的经分光后聚焦的特定波长衍射光。

也就是说，一定空间范围内不同空间位置的中性束50与等离子体60相互作用发出的荧光通过收光系统10以一定放大率成像到分光系统20的入口狭缝202的不同高度处，然后入口狭缝202不同高度处的荧光经分光系统20以不同波长分光后，需要探测的多普勒频移后的莱曼-阿尔法谱线会成像到线阵探测器302的不同探测单元上，从而使系统实现以一定空间分辨率测量一定空间范围的等离子体60密度及其扰动。

本实施例中，探测器302为光电二极管型线阵探测器，可以使系统达到微秒量级的时间分辨。

本实施例中，真空盲板法兰C301材质为316L不锈钢。

本实施例中，真空盲板法兰C301壁上设置有两个航插接口，分别用于探测系统30的供电以及与模数转换模块的连接。

本实施例中，信号放大电路303的增益为5×10⁷V/A，系统带宽为200kHz，系统信噪比为32dB。

本实施例中，热电制冷模块3041的制冷温度为-18℃。

本实施例中，探测器302、信号放大电路303与热电制冷模块3041之间填充有导热硅胶片，用以增大接触面积，同时起降低接触热阻、绝缘、导热防震和隔离的作用。

本实施例中，导热硅胶片的厚度为0.5mm。

所谓采集控制系统40，包括模数转换模块，通信光纤402，光纤采集卡403和工控机404，用以将探测系统30信号放大后的电信号以一定采样率进行采集。

所述模数转换模块包括模数转换电路4011和光模块4012。

所述模数转换模块与探测系统30上真空盲板法兰C301连接，用以降低模拟信号在传输过程中的失真以及磁约束核聚变实验装置周围复杂电磁场带来的串扰等干扰影响。

所述模数转换电路4011，用于将探测系统信号放大后的模拟电信号转换成数字电信号。

本实施例中，所述模数转换电路4011的采样率为2Mcps，采样分辨率为16bit。

所述光模块4012，用于将数字电信号转换为光信号。

所述光模块4012为双芯LC光纤接口。

本实施例中，所述光模块4012为SFP+封装的可热插拔的光模块，具有封装紧凑、体积小的优点。

所述通信光纤402，用于将光模块4012电光转换后的光信号传输到光纤采集卡403的光纤端口。

本实施例中，所述通信光纤402为单模双芯光纤，为LC-LC接口，传输波长为1310nm，长度为15m。

本实施例中，所述通信光纤402有PVC和不锈钢的外层防护，用以保护光纤，防止弯折等因素导致的光纤传输中断或损坏。

所述光纤采集卡403设置于工控机404内，连接至工控机404的相应插槽，用于将通信光纤402传输的光信号转换成电信号，并将采集的信号实时传输到工控机404。

本实施例中，光纤采集卡403其光纤接口为双芯LC接口，板卡接口为PCIe，线速率可达10Gbps/lane，理论存储带宽为12.8Gbyte/s，上行和下行带宽可达3Gbyte/s。

所述工控机404，用于将光纤采集卡403实时传输的电信号实时显示、处理和存储，并将数据上传实验数据库。

本实施例中，工控机404带有多个PCIe接口的工控机箱，并配备其他必要组件。

上面对本发明的实施例作了详细说明，本发明并不限于上述实例，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做出各种变化。

Claims (10)

1.一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，其特征在于，包括：收光系统(10)、分光系统(20)、探测系统(30)和采集控制系统(40)；收光系统(10)的一端与分光系统(20)的一端密封连接，分光系统(20)的另一端与探测系统(30)的一端密封连接，探测系统(30)的另一端连接至采集控制系统(40)；收光系统(10)的另一端设置在磁约束聚变实验装置真空室内部。

2.根据权利要求1所述的一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，其特征在于：所述收光系统(10)包括：第一镜(101)、反射镜组、插板阀(104)、真空腔A(105)；

收光系统(10)设置在磁约束聚变实验装置真空室内部的端面上设置有第一镜(101)；

所述真空腔A(105)的前端连接有第一镜(101)，所述真空腔A(105)的后端与分光系统(20)密封连接，所述插板阀(104)设置在真空腔A(105)内部，用于在非实验状态时隔绝莱曼束发射谱诊断装置和磁约束聚变实验装置真空室的真空；

所述反射镜组将磁约束聚变实验装置内中性束与等离子体相互作用发出的荧光收集并成像至分光系统(20)内；

所述真空腔A(105)的外壁面上还开设有真空法兰A(1051)，用于与抽真空装置密封连接；

所述第一镜(101)用于将中性束与等离子体相互作用发出的荧光引出磁约束聚变实验装置真空室，并投射到反射镜组上。

3.根据权利要求1所述的一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，其特征在于：所述分光系统(20)为真空紫外单色仪；分光系统(20)的聚焦成像面上设置有探测系统(30)；所述分光系统(20)包括：真空腔B(201)、准直镜(203)、光栅(204)和聚焦镜(205)；所述真空腔B(201)内部分别设置有入口狭缝(202)、准直镜(203)、光栅(204)和聚焦镜(205)；所述真空腔B(201)的外壁面上开设有真空法兰B(2011)；真空腔B(201)内部开设有入口狭缝(202)，真空腔B(201)内部为真空；所述准直镜(203)设置在接收入口狭缝(202)光路的位置，光栅(204)设置在接收准直镜(203)反射光路的位置，所述聚焦镜(205)设置在接收光栅(204)衍射光路的位置，所述聚焦镜(205)将接收到的光栅(204)衍射光路聚集成像至探测器(302)。

4.根据权利要求3所述的一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，其特征在于：所述探测系统(30)包括：真空盲板法兰C(301)、探测器(302)、信号放大电路(303)和冷却模块；所述冷却模块包括：热电制冷模块(3041)和风冷模块(3042)；

所述真空盲板法兰C(301)与分光系统(20)密封连接，所述真空盲板法兰C(301)设置在真空腔B(201)内部真空环境的端面上分别设置有探测器(302)、信号放大电路(303)和热电制冷模块(3041)；所述真空盲板法兰C(301)未设置在真空腔B(201)内部真空环境的端面上设置有风冷模块(3042)。

5.根据权利要求4所述的一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，其特征在于：所述探测器(302)为线阵探测器，用以探测不同入口狭缝(202)高度处的经分光后聚焦的特定波长衍射光。

6.根据权利要求5所述的一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，其特征在于：所述采集控制系统(40)包括：通信光纤(402)、模数转换模块、光纤采集卡(403)和工控机(404)；所述模数转换模块包括:模数转换电路(4011)和光模块(4012)；

所述通信光纤(402)的一端上连接有模数转换模块，所述模数转换模块与探测系统(30)上的真空盲板法兰C(301)连接，通信光纤(402)的另一端连接光纤采集卡(403)，所述工控机(404)内部设置有光纤采集卡(403)。

7.根据权利要求6所述的一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，其特征在于，所述光模块(4012)用于将数字电信号转换为光信号。

8.根据权利要求7所述的一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，其特征在于，所述反射镜可选非球面或自由曲面，用以在满足系统成像质量要求的前提下，减少反射镜的数量，提高通光效率。

9.根据权利要求8所述的一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，其特征在于，所述反射镜可镀铝和氟化物的双层膜或者氟化物的多层膜，用以提高反射镜在真空紫外波段的反射率。

10.根据权利要求9所述的一种用于等离子体密度测量的莱曼束发射谱诊断装置，其特征在于，反射镜的镀膜厚度需根据入射波长和入射角度优化设计，用以提高反射镜在真空紫外波段的反射率。

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