JPH06102095A - レ−ザ計測装置 - Google Patents
レ−ザ計測装置Info
- Publication number
- JPH06102095A JPH06102095A JP24780192A JP24780192A JPH06102095A JP H06102095 A JPH06102095 A JP H06102095A JP 24780192 A JP24780192 A JP 24780192A JP 24780192 A JP24780192 A JP 24780192A JP H06102095 A JPH06102095 A JP H06102095A
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- spectrum
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 この発明は核融合プラズマにおける電子温度
を正確に測定することができるようにしたレ−ザ計測装
置を提供することにある。 【構成】 レ−ザ装置２１と、このレ−ザ装置から出力
されたレ−ザ光を被測定体を照射するための照射光と上
記レ−ザ光の中心波長を検出するための検出光とに分割
するビ−ムスプリッタ２２と、上記照射光によって照射
された被測定体からの散乱光を受光してスペクトル分解
する回析格子２６と、この回析格子によって分光された
各スペクトルの強度分布を検出する固体撮像素子２９
と、この固体撮像素子により検出された最大強度のスペ
クトルと上記検出光との波長差を検出しその波長差から
上記被測定体の温度を求める演算装置３１とを具備した
ことを特徴とする。
を正確に測定することができるようにしたレ−ザ計測装
置を提供することにある。 【構成】 レ−ザ装置２１と、このレ−ザ装置から出力
されたレ−ザ光を被測定体を照射するための照射光と上
記レ−ザ光の中心波長を検出するための検出光とに分割
するビ−ムスプリッタ２２と、上記照射光によって照射
された被測定体からの散乱光を受光してスペクトル分解
する回析格子２６と、この回析格子によって分光された
各スペクトルの強度分布を検出する固体撮像素子２９
と、この固体撮像素子により検出された最大強度のスペ
クトルと上記検出光との波長差を検出しその波長差から
上記被測定体の温度を求める演算装置３１とを具備した
ことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は被測定体としてとくに
核融合プラズマの電子の温度計測に適用されるレ−ザ計
測装置に関する。
核融合プラズマの電子の温度計測に適用されるレ−ザ計
測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】核融合反応においては、そのときのプラ
ズマの電子温度を測定することが非常に重要であり、従
来は図２に示すＬＩＤＡＲ（Light Detection And Rang
ing ）トムソン散乱計測法による測定装置が用いられて
いる。すなわち、図中１はレ−ザ装置である。このレ−
ザ装置１から発振出力されたパルス状のレ−ザ光Ｌは第
１のミラ−２によって反射し、第２のミラ−３に導かれ
る。レ−ザ光Ｌはこの第２のミラ−３で反射し、核融合
装置の真空容器４に導入され、その内部におけるプラズ
マの構成成分である、被測定物体としての電子を照射す
ることで散乱する。電子からの散乱光Ｓはレンズ５によ
ってポリクロメ−タ式の分光器６に導入される。
ズマの電子温度を測定することが非常に重要であり、従
来は図２に示すＬＩＤＡＲ（Light Detection And Rang
ing ）トムソン散乱計測法による測定装置が用いられて
いる。すなわち、図中１はレ−ザ装置である。このレ−
ザ装置１から発振出力されたパルス状のレ−ザ光Ｌは第
１のミラ−２によって反射し、第２のミラ−３に導かれ
る。レ−ザ光Ｌはこの第２のミラ−３で反射し、核融合
装置の真空容器４に導入され、その内部におけるプラズ
マの構成成分である、被測定物体としての電子を照射す
ることで散乱する。電子からの散乱光Ｓはレンズ５によ
ってポリクロメ−タ式の分光器６に導入される。
【０００３】上記分光器６は図３に示すように本体７を
有する。この本体７には導入口８が形成され、上記散乱
光Ｓはミラ−１０ａで反射して上記導入口８から本体７
の内部に導入される。本体７に導入された散乱光Ｓは第
１のエッジフィルタ１１によって所定のスペクトルの成
分だけが反射して分光される。第１のエッジフィルタ１
１で分光された光を第１の光Ｓ１とする。この第１の光
Ｓ１は複数のレンズ１２を通ってその強度が第１の検出
器１４で検出される。
有する。この本体７には導入口８が形成され、上記散乱
光Ｓはミラ−１０ａで反射して上記導入口８から本体７
の内部に導入される。本体７に導入された散乱光Ｓは第
１のエッジフィルタ１１によって所定のスペクトルの成
分だけが反射して分光される。第１のエッジフィルタ１
１で分光された光を第１の光Ｓ１とする。この第１の光
Ｓ１は複数のレンズ１２を通ってその強度が第１の検出
器１４で検出される。
【０００４】上記エッジフィルタ１１を透過した散乱光
Ｓはミラ−１０ｂで反射して４つの第２のエッジフィル
タ１５（図面では１つで示す）によってそれぞれ異なる
スペクトルに分光される。各スペクトルの光を第２乃至
第５の光Ｓ２〜Ｓ５とする。第２乃至第５の光Ｓ２〜Ｓ
５はそれぞれレンズ１２を通って第２乃至第５の検出器
１５〜１８によって強度が検出される。
Ｓはミラ−１０ｂで反射して４つの第２のエッジフィル
タ１５（図面では１つで示す）によってそれぞれ異なる
スペクトルに分光される。各スペクトルの光を第２乃至
第５の光Ｓ２〜Ｓ５とする。第２乃至第５の光Ｓ２〜Ｓ
５はそれぞれレンズ１２を通って第２乃至第５の検出器
１５〜１８によって強度が検出される。
【０００５】各検出器１５〜１８で検出されたそれぞれ
のスペクトルの強度はガウスフイテイングされる。それ
によって、上記散乱光Ｓのドプラ−広がりを求めること
ができる。核融合装置における高温プラズマ温度は、通
常１kev 〜１０kev の値をとり、各温度におけるドプラ
−広がりは、図４に示すように予め知られている。な
お、この場合、レ−ザ装置としてはルビ−レ−ザが用い
られ、そのレ−ザ光Ｌの波長は649nm である。したがっ
て、散乱光Ｓのドプラ−広がりを求めることができれ
ば、その時の電子温度は図４に示す分布曲線から求める
ことができる。
のスペクトルの強度はガウスフイテイングされる。それ
によって、上記散乱光Ｓのドプラ−広がりを求めること
ができる。核融合装置における高温プラズマ温度は、通
常１kev 〜１０kev の値をとり、各温度におけるドプラ
−広がりは、図４に示すように予め知られている。な
お、この場合、レ−ザ装置としてはルビ−レ−ザが用い
られ、そのレ−ザ光Ｌの波長は649nm である。したがっ
て、散乱光Ｓのドプラ−広がりを求めることができれ
ば、その時の電子温度は図４に示す分布曲線から求める
ことができる。
【０００６】ところで、散乱光Ｓのドプラ−広がりは、
プラズマ温度が高温度になればなる程、大きくなる。た
とえば、図４に示されるように、１kev では半値幅（ド
プラ−幅）が150nm 程度であるが、１０kev では300nm
以上となる。そのため、上述したごとく、１つの測定装
置の第１乃至第５の検出器１４〜１８によって検出する
スペクトルを図４にＡ〜Ｅで示す５点に設定すると、電
子温度が１kev の場合は、その検出強度をガウスフイテ
イングすることで、同図にＸで示す分布曲線のドプラ−
広がりを正確に求めることができる。
プラズマ温度が高温度になればなる程、大きくなる。た
とえば、図４に示されるように、１kev では半値幅（ド
プラ−幅）が150nm 程度であるが、１０kev では300nm
以上となる。そのため、上述したごとく、１つの測定装
置の第１乃至第５の検出器１４〜１８によって検出する
スペクトルを図４にＡ〜Ｅで示す５点に設定すると、電
子温度が１kev の場合は、その検出強度をガウスフイテ
イングすることで、同図にＸで示す分布曲線のドプラ−
広がりを正確に求めることができる。
【０００７】しかしながら、電子温度が１０kev の場合
には、第１乃至第５の検出器１４〜１８によって１kev
の場合と同様、Ａ〜Ｅの５点のスペクトルの強度を検出
しても、同図にＹで示す１０kev の分布曲線はドプラ−
広がりが非常に大きいから、上記５点のスペクトルの検
出によってはドプラ−広がりを正確に求めることができ
ないということがある。逆に、第１乃至第５の検出器１
４〜１８によって１０kev のドプラ−広がりを確実に測
定できるよう、上記各検出器１４〜１８による検出波長
を設定すると、１kev におけるドプラ−広がりを正確に
検出することができなくなる。
には、第１乃至第５の検出器１４〜１８によって１kev
の場合と同様、Ａ〜Ｅの５点のスペクトルの強度を検出
しても、同図にＹで示す１０kev の分布曲線はドプラ−
広がりが非常に大きいから、上記５点のスペクトルの検
出によってはドプラ−広がりを正確に求めることができ
ないということがある。逆に、第１乃至第５の検出器１
４〜１８によって１０kev のドプラ−広がりを確実に測
定できるよう、上記各検出器１４〜１８による検出波長
を設定すると、１kev におけるドプラ−広がりを正確に
検出することができなくなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように、電子温度
の変化によってドプラ−広がりも変わるから、電子温度
が広い範囲で変化する、核融合反応におけるプラズマの
電子温度の測定は、上述した測定装置では正確に行えな
いということがあった。
の変化によってドプラ−広がりも変わるから、電子温度
が広い範囲で変化する、核融合反応におけるプラズマの
電子温度の測定は、上述した測定装置では正確に行えな
いということがあった。
【０００９】この発明は上記事情に基づきなされたもの
で、その目的とするところは、電子温度の変化が大き
く、散乱光のドプラ−広がりの変化が大きな各融合プラ
ズマにおける電子温度を正確に測定することができるよ
うにしたレ−ザ測定装置を提供することにある。
で、その目的とするところは、電子温度の変化が大き
く、散乱光のドプラ−広がりの変化が大きな各融合プラ
ズマにおける電子温度を正確に測定することができるよ
うにしたレ−ザ測定装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、レ−ザ装置と、このレ−ザ装置から出力
されたレ−ザ光を被測定体を照射するための照射光と上
記レ−ザ光の中心波長を検出するための検出光とに分割
する分割手段と、上記照射光によって照射された被測定
体からの散乱光を受光してスペクトル分解する分光手段
と、この分光手段によって分光された各スペクトルの強
度分布を検出する検出手段と、この検出手段により検出
された最大強度のスペクトルと上記検出光との波長差を
検出しその波長差から上記被測定体の温度を求める演算
手段とを具備したことを特徴とする。
にこの発明は、レ−ザ装置と、このレ−ザ装置から出力
されたレ−ザ光を被測定体を照射するための照射光と上
記レ−ザ光の中心波長を検出するための検出光とに分割
する分割手段と、上記照射光によって照射された被測定
体からの散乱光を受光してスペクトル分解する分光手段
と、この分光手段によって分光された各スペクトルの強
度分布を検出する検出手段と、この検出手段により検出
された最大強度のスペクトルと上記検出光との波長差を
検出しその波長差から上記被測定体の温度を求める演算
手段とを具備したことを特徴とする。
【００１１】
【作用】上記構成によれば、各スペクトルに分光された
散乱光の最大強度のスペクトルと、被測定物体を照射す
るレ−ザ光との波長差を検出し、その波長差によって上
記散乱光のドプラ−広がりを求めて上記被測定物体の温
度を検出するため、被測定物体の温度変化の範囲が大き
くても、確実に測定することができる。
散乱光の最大強度のスペクトルと、被測定物体を照射す
るレ−ザ光との波長差を検出し、その波長差によって上
記散乱光のドプラ−広がりを求めて上記被測定物体の温
度を検出するため、被測定物体の温度変化の範囲が大き
くても、確実に測定することができる。
【００１２】
【実施例】以下この発明の一実施例を図１と図４を参照
して説明する。図１はこの発明のレ−ザ計測装置を示
し、２１はたとえば波長649nm のレ−ザ光Ｌを出力する
ルビ−レ−ザなどのレ−ザ装置である。このレ−ザ装置
２１から出力されたレ−ザ光Ｌはハ−フミラ−２２を透
過する照射光Ｌ１と反射する検出光Ｌ２とに分割され
る。上記照射光Ｌ１は反射ミラ−２３で反射して核融合
装置の真空容器２４に導入され、その内部におけるプラ
ズマの構成成分である、被測定物体としての電子を照射
することで散乱する。電子からの散乱光Ｓはコリメ−タ
光学系２５で平行光線にされ、その光線の光軸に対して
所定の角度で傾斜して配置された、分光手段である回析
格子２６に入射する。それによって、上記散乱光Ｓはそ
れぞれのスペクトルごとに分光される。
して説明する。図１はこの発明のレ−ザ計測装置を示
し、２１はたとえば波長649nm のレ−ザ光Ｌを出力する
ルビ−レ−ザなどのレ−ザ装置である。このレ−ザ装置
２１から出力されたレ−ザ光Ｌはハ−フミラ−２２を透
過する照射光Ｌ１と反射する検出光Ｌ２とに分割され
る。上記照射光Ｌ１は反射ミラ−２３で反射して核融合
装置の真空容器２４に導入され、その内部におけるプラ
ズマの構成成分である、被測定物体としての電子を照射
することで散乱する。電子からの散乱光Ｓはコリメ−タ
光学系２５で平行光線にされ、その光線の光軸に対して
所定の角度で傾斜して配置された、分光手段である回析
格子２６に入射する。それによって、上記散乱光Ｓはそ
れぞれのスペクトルごとに分光される。
【００１３】上記回析格子２６で分光された散乱光Ｓの
各スペクトルＳ１〜Ｓｎは、集光レンズ２７によって各
スペクトルごとに集光されてマイクロチャンネルプレ−
ト２８で増幅される。このマルチチャンネルプレ−ト２
８で増幅された各スペクトル成分Ｓ１〜Ｓｎは固体撮像
素子２９に入射し、それぞれの強度に応じた電気信号に
変換される。
各スペクトルＳ１〜Ｓｎは、集光レンズ２７によって各
スペクトルごとに集光されてマイクロチャンネルプレ−
ト２８で増幅される。このマルチチャンネルプレ−ト２
８で増幅された各スペクトル成分Ｓ１〜Ｓｎは固体撮像
素子２９に入射し、それぞれの強度に応じた電気信号に
変換される。
【００１４】上記固体撮像素子２９からの各スペクトル
Ｓ１〜Ｓｎの強度に対応する電気信号は演算装置３１に
入力される。上記固体撮像素子２９上の位置とスペクト
ルレンジとは１対１に対応しているから、上記演算装置
３１によって各スペクトルのうち、最大強度のスペクト
ル、つまり最大強度のスペクトルの波長を知ることがで
きる。
Ｓ１〜Ｓｎの強度に対応する電気信号は演算装置３１に
入力される。上記固体撮像素子２９上の位置とスペクト
ルレンジとは１対１に対応しているから、上記演算装置
３１によって各スペクトルのうち、最大強度のスペクト
ル、つまり最大強度のスペクトルの波長を知ることがで
きる。
【００１５】一方、上記ハ−フミラ−２２で反射した検
出光Ｌ２はデイテクタ３２に入射し、その波長、つまり
レ−ザ光Ｌの波長が検出される。その検出信号は上記演
算装置３１に入力される。この演算装置３１では最大強
度のスペクトルとレ−ザ光Ｌとの波長の差を算出し、そ
の波長差から上記散乱光Ｓが照射した電子の温度を下記
（１）式と（２）式の基づいて検出する。つまり、電子
温度と散乱スペクトルとの関係は、
出光Ｌ２はデイテクタ３２に入射し、その波長、つまり
レ−ザ光Ｌの波長が検出される。その検出信号は上記演
算装置３１に入力される。この演算装置３１では最大強
度のスペクトルとレ−ザ光Ｌとの波長の差を算出し、そ
の波長差から上記散乱光Ｓが照射した電子の温度を下記
（１）式と（２）式の基づいて検出する。つまり、電子
温度と散乱スペクトルとの関係は、
【００１６】
【数１】 と表せる。ただし、上記式中、λ：波長、ｋ：ボルツマ
ン定数、Ｉ（λ）：散乱強度、λlaser ：レ−ザ波長、
Ｔｅ：電子温度である。
ン定数、Ｉ（λ）：散乱強度、λlaser ：レ−ザ波長、
Ｔｅ：電子温度である。
【００１７】よって、ある温度が決まれば、青方向への
散乱スペクトルの中心波長移動量が決まる。１kev 〜１
０kev の各電子温度における散乱スペクトルの中心波長
は、図４のグラフに示されるように既知であるから、上
記中心波長から電子温度を知ることができる。したがっ
て、各電子温度における中心波長を上記演算装置３１に
設定しておき、レ−ザ装置２１から出力されるレ−ザ光
Ｌの中心波長に対する散乱スペクトルの中心波長の移動
量を求めれば、その移動量から電子温度を知ることがで
きる。
散乱スペクトルの中心波長移動量が決まる。１kev 〜１
０kev の各電子温度における散乱スペクトルの中心波長
は、図４のグラフに示されるように既知であるから、上
記中心波長から電子温度を知ることができる。したがっ
て、各電子温度における中心波長を上記演算装置３１に
設定しておき、レ−ザ装置２１から出力されるレ−ザ光
Ｌの中心波長に対する散乱スペクトルの中心波長の移動
量を求めれば、その移動量から電子温度を知ることがで
きる。
【００１８】たとえば、図４において、レ−ザ光Ｌの波
長が694nm で、散乱スペクトルの中心波長の移動量が11
4nm であったとすると、その電子温度における散乱光Ｓ
のドプラ−分布（散乱スペクトル）の中心波長は580nm
であるから、その中心波長をもつ電子温度は同図にＹで
示す曲線、つまり１０kev であることになる。
長が694nm で、散乱スペクトルの中心波長の移動量が11
4nm であったとすると、その電子温度における散乱光Ｓ
のドプラ−分布（散乱スペクトル）の中心波長は580nm
であるから、その中心波長をもつ電子温度は同図にＹで
示す曲線、つまり１０kev であることになる。
【００１９】１kev 〜１０kev の電子温度における中心
スペクトルの移動量は通常、150nm程度の範囲内である
から、その程度の範囲であれば、１つの回析格子２６で
スペクトルレンジが対応できる。
スペクトルの移動量は通常、150nm程度の範囲内である
から、その程度の範囲であれば、１つの回析格子２６で
スペクトルレンジが対応できる。
【００２０】なお、この発明は上記一実施例に限定され
ず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
たとえば、分光手段としての回析格子は反射型に代わり
透過型であってもよく、また各スペクトルごとに分光さ
れた散乱光が十分な強度を有する場合には、固体撮像素
子をダイオ−ドアレイに交換することで、マイクロチャ
ンネルプレ−トをなくすことができる。
ず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
たとえば、分光手段としての回析格子は反射型に代わり
透過型であってもよく、また各スペクトルごとに分光さ
れた散乱光が十分な強度を有する場合には、固体撮像素
子をダイオ−ドアレイに交換することで、マイクロチャ
ンネルプレ−トをなくすことができる。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明は、レ−ザ装
置から出力されたレ−ザ光によって被測定体を照射し、
その被測定体からの散乱光をスペクトル分解し、その最
大強度のスペクトルの波長を求めるとともに、その波長
と上記レ−ザ光の波長との差を求めることで、上記被測
定体の温度を検出するようにした。そのため、ドプラ−
広がりの変化が非常に大きな核融合プラズマであって
も、その電子温度を正確に検出することができる。
置から出力されたレ−ザ光によって被測定体を照射し、
その被測定体からの散乱光をスペクトル分解し、その最
大強度のスペクトルの波長を求めるとともに、その波長
と上記レ−ザ光の波長との差を求めることで、上記被測
定体の温度を検出するようにした。そのため、ドプラ−
広がりの変化が非常に大きな核融合プラズマであって
も、その電子温度を正確に検出することができる。
【図１】この発明の一実施例を示す装置全体の構成図。
【図２】従来の装置の構成図。
【図３】同じく従来の装置における分光器の構成図。
【図４】電子温度をパラメ−タとした波長と散乱強度と
の関係を示すグラフ。
の関係を示すグラフ。
【符号の説明】 ２１…レ−ザ装置、２２…ビ−ムスプリッタ（分割手
段）、２６…回析格子（分光手段）、２９…固体撮像素
子（検出手段）、３１…演算装置（演算手段）、Ｌ…レ
−ザ光。
段）、２６…回析格子（分光手段）、２９…固体撮像素
子（検出手段）、３１…演算装置（演算手段）、Ｌ…レ
−ザ光。
Claims (1)
- 【請求項１】 レ−ザ装置と、このレ−ザ装置から出力
されたレ−ザ光を被測定体を照射するための照射光と上
記レ−ザ光の中心波長を検出するための検出光とに分割
する分割手段と、上記照射光によって照射された被測定
体からの散乱光を受光してスペクトル分解する分光手段
と、この分光手段によって分光された各スペクトルの強
度分布を検出する検出手段と、この検出手段により検出
された最大強度のスペクトルと上記検出光との波長差を
検出しその波長差から上記被測定体の温度を求める演算
手段とを具備したことを特徴とするレ−ザ計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24780192A JPH06102095A (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | レ−ザ計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24780192A JPH06102095A (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | レ−ザ計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06102095A true JPH06102095A (ja) | 1994-04-12 |
Family
ID=17168861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24780192A Pending JPH06102095A (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | レ−ザ計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06102095A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108387327A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-08-10 | 中国科学院高能物理研究所 | 一种强电离辐射环境下的温度测量方法及系统 |
-
1992
- 1992-09-17 JP JP24780192A patent/JPH06102095A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108387327A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-08-10 | 中国科学院高能物理研究所 | 一种强电离辐射环境下的温度测量方法及系统 |
| CN108387327B (zh) * | 2018-05-10 | 2024-02-13 | 中国科学院高能物理研究所 | 一种强电离辐射环境下的温度测量方法及系统 |
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