Способ измерения электронной температуры плазмы,помещенной в магнитное поле Советский патент 1980 года по МПК H01J17/48 

1

Изобретение откссится к области исследований физического свойства вещества, в частности, к способам измерения электронной температуры п.г1азмы, как в гаэорязрядных приборах, так и в термоядерных установках например, в адиабатических ловушках.

Известен способ определения температуры электронов, заключающийся в том, что электронная температура плазмы в магнитном поле в некоторых случаях определяется с помощью электрического лентмюровского зонда. Зонд вводится в плазму и представляет собой металлический электрод, размеры которого малы по сравнению с изучаемой областью плазмы. Получаемая -с помощью зонда вольт-амперная характеристика позволяет определить температуру электронов в плазме 1.

ic ОСНОВНЫМ недостаткам этого метода измерения электронной температуры относится возмущение плазмы внесеннь..и в нее зондом, что искажает истинное значение ее температуры, невозможность измерения электронной температуры при больших магнитных полях, а также невозможность использования электрических зондов при диагностике высокотемпературной

сильно ионизованной плазмы, например, в термоядерных установках.

Известен также способ измерения электронной температуры плазмы, на ходящейся в магнитном поле, путем пропускания через плазму электромагнитной волны с частотой, соответствующей электронной циклотронной частоте сканирования указанной -час10 тоты, измерения профиля линии поглощения зондирующей волны и определения температуры электронов по измеренному профилю 2.

В известном способе электромагнитная волна пропускается через плазму. Епли частота электромагнитной волны tt совпадает с электронной циклотронеВ

ной частотой . ff г° вследствие 20 электронного циклотронного резонанса происходит интенсивное ее поглощение, Если частота волны несколько отличается от электронной циклотронной частоты, то с волной будут 25 взаимодействовать электроны, движущиеся относительно электромагнитной волны. Это происходит вследствие доплеровского сдвига, из-за которого частота волны tu- tut Kv сравнивается 30 с электронной циклотронной частотой

. Здесь В - индукция магнитного поля; е и m - заряд и масса электрона, соответственно; С - скорость све та; К - волновое число колебаний; V - скорость электронов. С увеличением рассоглассования между частотой электромагнитной волны to и электронной циклотронной частотой , число электронов, взгшмодействующих с волной, а, следовательно, и коэффициент поглощения мощности волны в плазме

ci{u.i) будет падать. При этом закон коэффициента ((w) , профиль лийии поглощения, связан с температурой электронов в плазме Те следующей формулой:

т,1°кЬ

2эе (jj.

-постоянная Больцмана;

где

эе f

-полуширина линии циклотронного поглощения.

Измеряя f , из профиля линии поглощения, определяют Т. Недостатком известного способа является то, что он может быть использован для определения электронной температуры плазмы только в том случае, если плазма помещена в однородное внешнее магнитное поле.

:Проведение измерений электронной температуры в неоднородном магнитном поле известным способом невозможно поскольку в этом случае величина коэффициента поглощения вообще не зависит от температуры электронов, а определяется градиентом магнитного поля и плотностью плазмы.

Вместе с тем представляет интерес определять температуру электронов в плазме, помещенной в немонотонно измняющееся в пространстве магнитное поле с экстремумом. Это обусловлено тем, что некоторые технические применения плазьфл, как, например, получение управляег«)й термоядерной реакции синтеза, возможны как раз в плазме, помещенной в неоднородное магнитное поле.

Цель предлагаемого изобретения - измерение локальной температуры , находящейся в неоднородном магнитном поле в области минимума или максимума поля.

Для этого выбирают направление распространения; электромагнитной волны , совпадающее с направлением вектора магнитного поля в точке экстремума, значение частоты зондирующей волны задают равной электронно циклотронной частоте в минимуме или максимуме магнитного поля, значение ча;стоты зондирующей волны уменьшают в случае минимума магнитного поля и увеличивают в случае максимума от заданного значения, а значение электронной температуры вычисляют из следующей зависимости:

Т,К 3,43МО-V cMlu;4ceK- (Ц J

UJ

где д - коэффициент поглощения

, мощности электромагнитной волны в плазме.

.П

L а2Г

- производная магнитная поля В по координате z в точке экстремума; - частота электромагнитной

,ВОЛНЫ tJuJ 006 ЭЬСТР 4 tf,

Предлагаемый способ определения электронной температуры плазмы поясняется чертежом,где изображено изменение электронной циклотронной частоты LU в пространстве вдоль оси Z (линия А). Вектор магнитного поля направлен по оси Z . Фиг.1 соответствует минимуму магнитного ПОЛЯ; фиг.2 - максимуму. Плазма помещается в магнитное поле с экстремумом. Вдоль оси Z сквозь плазму пропускается электромагнитная волна с частотой oj , представленная линией Б.Фиг. соответствует случаю, когда магнитное поле имеет минимум в точке , лежащей в области, занятгОй рлазмой. При этом

UJ - мин ,.

мин Задавая частоту пропускаемой сквозь

плазму электромагнитной волны, равно уменьшая ее, измеряем профиль линии поглощения в зависимости от сУш именин В случае, изображенном на фиг.2, магнитное поле максимум. При этом в о...,,.

tUo

rrtC

Задавая частоту пропускаемой сквозь плазму электромагнитной волны, равной

-емакс увеличивая ее, измеряем профиль линии поглощения fw,) в зависимости от (ш

При других значениях S J ко.элфициента поглощения не зависит от температуры электронов и не может быть использован при ее определении.

Зная зависимость л (ш), по зависимости, указанной в формуле, можно определить электронную температуру плазмы. Необходимая для определения температуры электронов расстройка -частоты (полу1хмрина лини1,погло11ения)

5ои / ит« %%

дается выражением гр-j ,

CXJ W

Предлагаемый способ позволяет определять локальное значение температуры около точки экстремум и магнитного поля. Это связано с тем, что поглощение волны происходит около этой точки и поэтому необходимо, чтобы направление распространением электромагнитной волны совпадало с направлением вектора магнитного поля в точке экстремума.