[實用新型]應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420297097.2
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN203930029U
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余德良;陳文錦
• 申請（專利權(quán)）人: 核工業(yè)西南物理研究院
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02;G01J4/00
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種磁約束等離子體診斷裝置，具體涉及一種基于光學(xué)彈性調(diào)制器，光柵，光纖陣列，光電轉(zhuǎn)換和鎖相放大器，通過調(diào)制、分光探測與解調(diào)來測量磁場傾斜角的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在受控核聚變實驗研究中，用于約束等離子體的磁約束裝置主要是托卡馬克(或仿星器)裝置。由于等離子體的飄移，單純依賴縱場是不可能實現(xiàn)帶電粒子的約束的；因此必須引入一個極向磁場，使總場形成一種螺旋狀的結(jié)構(gòu)。這樣粒子在等離子中的漂移方向?qū)㈦S著時間的變化而變化，從而總的漂移相互抵消，達(dá)到粒子被磁場較好地約束的目的。

托卡馬克放電中的安全因子或電流密度分布對等離子體輸運(yùn)過程、MHD穩(wěn)定性及能量約束有很大影響，在等離子體平衡與不穩(wěn)定性理論模擬研究中起著關(guān)鍵作用，是理解托卡馬克放電中許多物理現(xiàn)象(如等離子體鋸齒行為，輸運(yùn)壘的形成，新經(jīng)典撕裂模等)的一個重要參量。通過測量等離子體中電流密度分布并對其進(jìn)行反饋控制，可以對等離子體分布與約束特性進(jìn)行主動控制，從而實現(xiàn)高性能托卡馬克放電。

要想推算出安全因子與電流密度分布，就必須測量出在每個磁面上磁場傾角，即沿徑向分布的磁場傾角。由于磁場傾角的信息可以從對應(yīng)斯塔克光束中的線偏振光推算出，所以能否正確且有效地探測束發(fā)射光譜的偏振方向是該專利的關(guān)鍵所在。

目前，在托卡馬克裝置上測量磁場傾斜角的系統(tǒng)主要是動態(tài)斯塔克偏振測量儀。動態(tài)斯塔克偏振測量儀主要由采集透鏡、光學(xué)彈性調(diào)制器、偏振片、窄帶濾光片和光纖等組成。該系統(tǒng)可以通過測量某一個偏振方向的束發(fā)射光譜分量實現(xiàn)高精度的等離子體磁場傾斜角的測量。但是，在磁場強(qiáng)度較低或者當(dāng)中性束能量較小時，動態(tài)斯塔克效應(yīng)非常微弱，束發(fā)射光譜的斯塔克能量分裂非常小，互相正交的偏振分量在光譜上很難用濾光片進(jìn)行區(qū)分，從而導(dǎo)致測量的精度很低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)，它選擇了以光學(xué)彈性調(diào)制器、光柵、光纖陣列、光電轉(zhuǎn)換、鎖相放大器為核心的系統(tǒng)對托卡馬克中沿中平面徑向磁場傾角進(jìn)行測量能夠克服弱斯塔克效應(yīng)。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)，它包括安裝在聚變等離子體中的中性束注入系統(tǒng)，聚變等離子體的外部設(shè)有前端光學(xué)鏡頭，前端光學(xué)鏡頭與光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)連接，光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)通過光纖與光柵連接，光柵與光纖陣列以及光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)相對，光纖陣列以及光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)與鎖相放大器連接，同時光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)與鎖相放大器連接從而對后者提供參考信號，鎖相放大器與數(shù)據(jù)采集和控制電腦連接。

所述的光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)包括2個PEM與1個偏振片。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，可靠性好，測量精度也非常高，既可以應(yīng)用于弱斯塔克效應(yīng)下等離子體磁場偏轉(zhuǎn)角的測量，也可用于其他線偏振光偏振方向的高精度和高速測量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所提供的應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)的構(gòu)成方框圖；

圖2是應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)的示意圖。

圖中：1聚變等離子體，2中性束注入系統(tǒng)，3前端光學(xué)鏡頭，4光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)，5光纖，6光柵，7光纖陣列以及光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，8鎖相放大器，9數(shù)據(jù)采集和控制電腦。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹：

如圖2所示，應(yīng)用于磁約束聚變裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)包括安裝在聚變等離子體1中的中性束注入系統(tǒng)2，聚變等離子體1的外部安裝有前端光學(xué)鏡頭3，前端光學(xué)鏡頭3與光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)4連接，光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)4通過光纖5與光柵6連接，光柵6與光纖陣列以及光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)7相對，光纖陣列以及光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)7與鎖相放大器8連接，同時光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)4與鎖相放大器8連接從而為后者提供參考信號。最后鎖相放大器8與數(shù)據(jù)采集和控制電腦9連接。其中，光學(xué)調(diào)制系統(tǒng)4包括2個PEM與1個偏振片。

使用本發(fā)明所述的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)光源和起偏片輸出線偏振光，根據(jù)鎖相放大器測得2個光學(xué)彈性調(diào)制各自對應(yīng)的2倍頻率的調(diào)制強(qiáng)度，通過這兩個2倍頻強(qiáng)度比，就可根據(jù)公式