метод измерения CO - градиента плотности плазмы

реклама
CO2-метод измерения
градиента плотности плазмы
на установке ГОЛ-3
Семионов Виталий
ФФ НГУ, 2-й курс магистратуры
Научный руководитель
Бурмасов В.С.
План выступления
•
•
•
•
•
•
Установка ГОЛ-3
Обоснование, цель работы
Теория
CO2-лазер
КРТ-детектор
Схема эксперимента
модифицированный метод Теплера
метод регистрации смещения
фокального
пятна
• Калибровки
• Результат. Оценка градиента плотности плазмы
• Заключение
Установка ГОЛ-3
Генератор электронного пучка У -2
Гофрированное магнитное поле Выходной узел
соленоид
ленточный диод
Электронный пучок
энергия
-1МэВ
ток
-50 кА
энергосодержание -0.3МДж
длительность импульса -8 мкс
Плазма
Магнитное поле
длина
~12м соленоид -4.8/3.2Т
14
16
плотность 10 -10 см-3 энергосодержание-15МДж
температура
~1кэВ
Нагрев плазмы в пробке
В
РЭП
плазма
(neTe)проб > (neTe)ям
Распределение плотности
плазмы в пробкотроне
Z, m
ne~1015 см-3; z~1см; следовательно grad ne~1015см-4; t~1мкс
Физика плазмы, 2005г, том 31, N 5, с 1-15
Цель работы
• Создание диагностики для измерения
градиентов плотности плазмы,
возникающих при взаимодействии РЭП
с плазмой в гофрированном магнитном
поле.
ГОЛ-3. Диагностики
СО2 рефракция
Интерферометр 10,3 мкм
Спектрограф
высокого разрешения
Томсоновское рассеяние (неодим)
Интерферометр 3.39 мкм
Спектрограф
обзорный
ВУФ спектрограф
нейтроны
Основа метода
r
1
= n ´ Ñ ln n
r
 - радиус кривизны
Распространение луча в неоднородной среде
Угол отклонения луча в плазме
b = - 4.46 ×10
- 14
2
l Lgrad ne
Ключевые элементы.CO2-лазер
Характеристики излучения
лазера
•
•
•
•
•
Длина волны
10.29 мкм
Мощность
14 Вт
Диаметр луча
2.2 мм
Расходимость
8.75*10^-3
Спектральный состав – TEM00
Ключевые элементы. КРТ-диод
• Создан в ИФП СО РАН
• 2 режима работы
прямое детектирование
гетеродинирование
• Охлаждение жидким азотом
• Использовался германиевый фильтр
Спектральная чувствительность
1.1
1.1
1
0.9
0.8
Snorm
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
3
3
4
5
6
7
8

9
10
11
12
12
Параметры КРТ-диода
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Диаметр активной площади  250 мкм
Длинноволновая граница чувствительности по уровню 0,1  11.7 мкм
Длина волны в максимуме чувствительности, мкм  9.9 мкм
Быстродействие при прямом детектировании:
режим 1  70 нс
режим 2  20 нс
Быстродействие при гетеродинном приеме*   0.5 нс
Пороговая мощность в максимуме чувствительности
при прямом детектировании:
режим 1** 3.810-13 ВтГц-0.5
режим 2  1.010-12 ВтГц-0.5
Пороговая мощность в максимуме чувствительности
при гетеродинном приеме ***   10-19 ВтГц-1
Максимальная рабочая мощность гетеродинного пучка  1 мВт
Максимально допустимая мощность гетеродинного пучка  10 мВт
Коэффициент передачи тока по НЧ выходу:
режим 1  3.3104 В/А
режим 2  1.0103 В/А
Коэффициент передачи тока по ВЧ выходу:
по выходу 1  6  103 В/А
по выходу 2  2  103 В/А
Полоса частот ВЧ предусилителя по уровню –3 dB  (0.008 1)109 Гц
Входное окно криостата  ZnSe (сменное)
Электромагнитная защита
Криостат
Коробка
Вид сверху
Питание
+9В/-9В
N2
Выходной
сигнал
Окно
Система сбора данных
• АЦП 101S:
4096 отсчёта
интервал от 1мкс
амплитуда от 0.08В
• АЦП 810dx
8192 отсчёта
интервал от 10нс
амплитуда от 0.16В
Модифицированный метод
Теплера (grad ne = 0)
BaF2 -линза
СО2-лазер
КРТ-диод
плазма
L
нож
I1
Модифицированный метод
Теплера (grad ne  0)

BaF2 -линза
СО2-лазер
КРТ-диод
плазма
нож
L
I = I2 - I1  
I2
Смещение фокального пятна
СО2-лазер
зеркало
тефлон
плазма
L
линза
КРТ-диод
Следующий слайд
Смещение фокального пятна
I2
I1
I = I2 – I1  
Калибровка
зеркала
СО2-лазер
тефлон
линза
КРТ-диод
Калибровка
СО2-лазер
зеркало
тефлон
линза
КРТ-диод
Результат калибровок
При использовании обеих схем калибровки
было определено минимальное значение
угла отклонения лазерного луча
(чувствительность метода)
  10
5
Оценка градиента плотности
плазмы
n 
  105

4.46 10
14
 L
  10 см
3
ne  3 1015 см 4
2
L  6см
Заключение
• 1. На установке ГОЛ-3 создана CO2диагностика для измерения градиента
плотности плазмы. Чувствительность метода
– 3*1015 см-4
• 2. По результатам измерений сделана
оценка: градиент плотности ≤ 3*1015см-4
• 3.В настоящее время диагностика
смонтирована на z=1м, где наблюдается
модуляция нейтронного потока, c целью
наблюдения более высокого градиента
Скачать