Способ измерения температуры электронов в плазме Советский патент 1988 года по МПК G21B1/00 

if:;

/4

Изобретение относится к области физики плазмы, в частности к диагностике высокотемпературной плазмы тока- маков и других магнитных ловушек. Целью ; изобретения является повышение точности измерения температуры электронов плазмы. Сущность изобретения состоит в том, что через плазму пропускают излучение мопдаого импульсного СО -лазера 2, работающего на фиксированном колебательно-вращательном переходе, рассеянное плазмой излучение принимают под малым углом 9-10° собирающей системой 6 и смешивают на детекторе с излучением дополнительного непрерывного COj- лазера, работающего на другом колебательно-вращательном переходе. В результате детектор зарегистрирует величину рассеянной мощности на длине волны непрерывного лазера в некоторой полосе частот 5f. Перестраивая непрерывный лазер по различным близким колебательно-вращательным переходам, отстоящим друг от друга на ГГц, можно получить спектр рассеянного излучения, а следовательно, и температуру электронов плазмы. 2 ил. (О

4г ШЕЕЭ(ри.2

Изобретение относится к физике плазмы, в частности к диагностр ке высокотемпературной плазмы токамаков и других магнитных ловушек.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем повышения отношения сигнала к шуму,

На фиг.1 показан спектр рассеянного излучения; на фиг.2 - возможная схема осуществления предлагаемого способа.

Принцип измерения иллюстрирует на фиг.1, где для примера показаны: спектр рассеянного излучения при измерении на плазме с Tg 1 кэВ, угол наблюдения 0 10 (а), частота излучения импульсного лазера (S ), частота излучения импульсного лазера (Ь). импульсный лазер работает на линии 10Р16, и на детектор поступает излучение непрерьшного лазера, перестраиваемого по линиям IOPI8-10P24, отстоящим друг от друга по частоте на 60 ГГц.

Использование СО лазера и рассеяние на малый УГОЛ в данном способе является принципиальньпу, так как это позволяет существенно сузить ширину спектра рассеянного излучения Af 9 1 Ч Те ( А длина волны рассеиваемого измерения, Т - температура электронов) .

Численные оценки для пояснения достоинств предлагаемого способа измерений с точки зрения увеличения отношения сигнал - шум.

Пусть на плазму токамака плотностью Пр S: 3 -Ю температурой электронов Tg 1 кэВ направляется излучение импульсного СО -лазера с энергией R 12 Дж, длительностыр импульса Т , работающего на линии . Рассеянное плазмой излучение принимается под углом 6 - 10 0,174 рад с отрезка лазерно- .го луча длиной 1 10 см. В этом случае сечение рассеяния в электронную компоненту спектра равно CJ-e 810 см, а ширина спектра рассеянного излучения f 300 ГТц. Телесный угол fl TCuQ) выбирают из условия л9 0,36, т.е. Лб 0,05 рад иQ 8-10 ср. При рассматриваемых параметрах эксперимента спектральная плотность мощности рассеянного излучения равна

PI ,;2,6.10- Вт/Гц uf Ту uf

Эта величина должна быть больше шумов детектора, т.е. Pg/&f NEP.

В инфракрасном диапазоне характерной величиной NEP охлаждаемых полупроводниковых детекторов является «4 10 Вт/Гц в полосе приема Sf lOVu.

Отногаение сигнал - шум на выходе анализатора частот, определяющего надежность и достоверность измерений температуры злектроно в, определяется выражением

(S/N)

(я Т--;-Т57ю С)

где С - время интегрирования интегратора, выбираемое обычно равным длительности импульса лазера, т.е. с Т , Из соотношения (1) получаем, что

для наших параметров системы

и равно

(|)4

10

10 140.

0

5

0

5

0

5

На фиг.2 представлена схема измерений, которая содержит непрерьтный COj-лазер 1, мощный импульсный лазер 2, фокусирующую линзу 3, камеру 4 токамака, плазму 5, собирающую систему 6, полупрозрачное зеркало 7, маломощный непрерьшный СО -лазер 8, охлаждаемый детектор 9, стоящий в криос.тате 10, полосовой усилитель 11, вторюй детектор 12, интегратор 13, регистрирующую ЭВМ 14. Сплошная линия обозначает излучение импульсного СО -лазера, пунктирная - рассеянное плазмой излучение, штрихпунк- тирная - излучение непрерьшного лазера.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Излучение первого непрерьшного лазера I, работающего на линии 10PI6, инжектируется в резонатор импульсного COj-лазера 2. В результате импульсный лазер 2 также работает на линии ЮР 16 в узкой полосе частот. Излучение импульсного лазера линзой 3 фокусируется в камеру 44 токамака на плазму 5. Рассеянное под углом. излучение принимается собирающей оптикой 6 и. направляется на детектор 9. Одновременно на детектор направляется излучение второго непрерывного COg-лазера 8 перестраиваемого по линиям 10Р18-10Р24. Продетектирован- иое ИК-излучение усиливается полосоJOPJS 10Р13 ЮР20 юргг

Фиг.1

WP2if