Способ определения температуры нейтральных атомов в плазме Советский патент 1982 года по МПК H05H1/00 G01N27/62 

Изобретение относится к области диагнЪстики плазмы и может быть использовано для определения пространствеиного рж;п жделения температуры нейтральных атомов в плазме. Информация о пространственном распределении температуры и плотноста нейтральных атомов в плазме получается в настоящее время из спектроскопических боковых наблюдений с последующим преобразованием (типа преобразования Абеля) {1. Известен способ определения пространственного распределения энергетического спектра ней трального водорода в плазме, основанный на методе резонансной флуоресценции 2, По этому способу измерение температуры атомов в плазме осуществляют путем зондирования электромагнитными резонансными волнами и регистрадаей рассеянного плазмой излучения. Однако необходимость применения сложной знапизируюыей аппаратуры рассеянного излуче, НИИ приводит к потере полезного сигнала, что ведет к снижению чувствительности способа, Кроме того, необходимость применения сканиру интерферометра Фабри-Перо в случае исследования плазмы с Тв 1-10 эВ приводит к значительному уменьшению измеряемого объема плазмы, что также повышает предел тех плотностей нейтральных атомов, в которых во можно измерение температуры. Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых температур, повышение чувствительности н упрощение используемой аппаратуры. Поставленная цель достигается тем, что по способу определения температуры атомов в плазме путем зондирования электромагнитными резонансными волнами и регистрацией рассеянного плазмой излучения плазму зондируют последовательно двумя электромагнитными волнами с различной шириной спектра, причем одна из волн имеет спектральную ширину, превьпиающую ширину резонансной линии атома, другая волна имеет спектральную ишрину меньше этой же резонансной линии, а температуру определяют по отношению полученных флоуресцентных сигналов. Излучение лазера на растворе орган1гюских соединений с длиной волн и полосой дй( , превышающей в несколько раз доплеровский контур линни на R0 нейтрального атома,, резонансно взаимодействует с атомами данного вещества, нричем с излучением взаимодействую все атомы, находящиеся в зондируемом объем Последовательно, с определенным интервалом, исследуемый объем зондируют вторым импуль сом лазера с длиной волны Я (j и полосой AftijB несколько раз меньшей, чем полная полуширина линии зондируемых нейтральных атомов. В этом случае флуоресцентаый сигнал из исследуемого объема несет информацию о числе атомов с определенной проекцией вектора скорости на направление зондирования. Соотношение сигналов флуоресценции позволяет по расчетной кривой определить полную полуишрину линии зондируемых нейтральных атомов, а следовательно, определить темературу нейтральных атомов данного вещества в зондируемом объеме. Рассмотрим взаимодействие системы атома на резонансной частоте Яд (учитьшая доплеровское уширение линии) с импульсом вoзбyждe НИЛ, который описьшается 5-функ1|ией. Конту УХ поглощения 0 (Л) - Э бхр FComyp зондирующего излучения (.Я) (Я -Я)-5 (Я-Лр. Если два контура симметричны относительно друг друга, то сигнал фл}юресценции будет описьЕзаться ,,(Х)Ф,((.-(Л-Л(Г-ДА) -() , /,, а,. -.J З.Згб а(дХ)-/М. . t-. -- Vaib Uph2D Dira/-V2;je- y(i; ()-:},Эго-(-Р),. где { i р) - табулированный интеграл, зависящий от , а величина ft - зто отношение . ширины полосы спектра возбуждешм к полу-, ширине линии, на которой происходит тавдирование, т. е. полная полуширина доплеровского контура ДЛп-2 еи2 У2КТ. С другой-стороны uXjj-lAXv i t тогда как .Иить1вая, что д ,t dye и 2, дЛу2 ёя 2 0, тогда АV Uo/c yfio/M -2ffJTT ct, учитьгаая, что g :ДЛ/(3 Построим fto; i- (Я) - флуоресцентный сигнал, полученный при зондировании излучением;бь спектром Д Я а, i о, ( Я ) -флуоресцентный сигнал, полученый при зондировании излучением со спектром. Зная отношение двух сигналов флуоресценции, спектральную ширину фондирующих импзщьсов можно определить полную полуширкну линии определенных атомов, а следовательно, и их температуру. В зависимости от области измеряемых температур и сорта атомов оптимальные спектральные ширины зондирующих импульсов будут различны. На фиг. 1 приведена схема устройства для . осуществления способа определения температуры нейтральных атомов в плазме; на фиг, 2расчетная кривая для определения температуры нейтральных атомов, где по оси абсцисс отложены значения jb ординат - отношение флуоресцентных сигналов. Излучение лазера I и излучение лазера 2 попадает в плазменный с временной сдвижкой, которая задается блоком управления 3, Полоса генерации лазеров на красителях задается селективными элементами 4 и 5 и мажет регулироваться. Резонансно рассеянное излучение из плазмы 6 собирается линзой 7 и проецируется на ФЭУ 8, прошедшие зондирующие сигналы попадают на ФЭК 9. Сигналы с ФЭУ и ФЭК подаются на осциллограф 10. Измеренные амплитуды зондирующих импульсов и флуоресцентных сигналов позволяют определить температуру нейтральных атомов исследуемого вещества, используя расчетную кривую, приведенную на фиг. 2. Для примера рассмотрим параметры аппаратуры, необходимой для измерения температуры нейтральных атомов водорода в плазме. При температуре плазмы Tg полная полуширина линии Н (Я 6563 А) составляет Д Яо 7 А„ Для язмерешш требуются два источника зондирующего излучения с Д 15 А и Д 1(2 3 1. При температуре Tg А. л. 1 зВ 0,5 X и дпя изммвний требуются дваисточника сД/14 1А ,2 58 В качестве таких источников могут быть использованы лаЭеры на красителях, Таким образом, преимущества предлагаемог способа .заключаются в следующем: - расширяется диапазон измеряемых температур нейтральных атомов за счет отсутствия сложной анализирующей аппаратуры; -снижается минимальный предел плотностей нейтрального компонента, в котором возможно измерение температуры; - существенно упрощается техйика измерений и обработка результатов измерений. Формула изобретения Способ определения температуры нейтральных атомов в плазме путем зондирования элёктромаггайтШми резонансными волнами я регнстрадией рассеянного плазмой излучения, отличающийся тем, что, с целью расщирения диапазона измеряемых температур, повьшюния чувствительности и упрощения используемой аппаратуры, плазму зондируют последовательно двумя злектрэмагнитными волнами с различной щириной спектра, прячем одна из волн имеет спектральную ширину, превьппающую щирину резонансной линии атома, другая волна имеет спектральную ширину меньше этой ;ке резонансной линии, а темпера туру определяют по отнощению получеиньа флуоресцентных сигналов. Источники информации, прннятые вс вннмание при зкспертиэе 1.Диагностика плазмы. Подгред.. Хадпстоуна и С. Леонарда. М., Мир, 1967, с. 247. 2.Авторское свидетельство СССР N 586779, кл. Н 05 Н 1/00, 1976 (прототип).

Famed 0,2 0, 0,6 0,В 1,0 12 1, 1,6 f,8 фиг .2 2,0 1,2 2, 2,6 fl