[發明專利]一種測量雜質彈丸大小及注入頻率的方法及裝置

有效

• 申請號: 201911131544.0
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110836693B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 孫震;錢玉忠;徐偉;黃明;孟獻才;李成龍;韋俊;莊會東;左桂忠;胡建生
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

本發明提供了一種測量雜質彈丸大小及注入頻率的方法及裝置，其中，該方法將利用雜質彈丸對激光的遮擋，監測激光信號的變化，從而可以得出彈丸的直徑及彈丸實時注入的頻率。該方法后期數據處簡單，且能夠在實時給出可靠數據，后期可以將該數據作為雜質彈丸觸發的反饋信號，對彈丸實施反饋注入，由此達到注入頻率均一的目的。同時對雜質彈丸注入無任何附加影響、實現簡單、操作步驟少，易于在聚變裝置中的推廣應用。

技術領域

本發明涉及聚變技術領域，尤其涉及一種測量雜質彈丸大小及注入頻率的裝置及方法。

背景技術

在利用低Z雜質彈丸(如毫米量級的球形鋰彈丸、碳彈丸等)觸發等離子體邊界局域模(ELM)時，需要對彈丸的尺寸及彈丸的注入頻率進行測量。傳統的方法是利用高速相機對注入等離子體中的彈丸進行記錄，再根據彈丸在某一幀中所成像分析出彈丸的尺寸，并根據彈丸注入的個數及對應時間計算得出彈丸注入的頻率，由于高速相機所存的數據量大，給后期數據處理帶來極大的挑戰，并且該方法也難以實時給出彈丸注入的頻率。

發明內容

本發明目的是為了測量雜質彈丸的大小以及注入頻率，以滿足聚變物理實驗的要求。針對上述的問題，本發明在注入導管的接口處加裝一套激光系統，利用彈丸在注入過程中對激光的遮擋時間得出彈丸直徑，并對彈丸遮擋的激光的次數及對應時間進行記錄，便可以實時得出彈丸注入的頻率。

該方法數據處理簡單、且可以做到實時處理，不會雜質注入過程產生任何干擾，操作簡單、可靠，實現了彈丸尺寸及注入頻率的同時測量，能為聚變中雜質彈丸注入研究提供可靠的數據支撐。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種測量雜質彈丸大小及注入頻率的方法，包括有兩個雜質注入導管、激光通路系統、數據信號分析系統；

所述方法具體包括以下步驟：

將雜質彈丸注入導管尺寸設計為與彈丸直徑同一量級，以確保彈丸為單排注入，同時在兩注入導管的接口處留有一預訂寬度的縫隙，所述縫隙寬度小于雜質彈丸直徑；

在縫隙兩側安裝激光通路，其中一側為激光發生器，用光纖與裝有第一凸透鏡的第一金屬筒相連，另一側為激光接收器，并用裝有第二凸透鏡的第二金屬筒相連，在彈丸墜落時會對激光有遮擋，且遮擋時間長度與彈丸直徑成正相關，對激光強弱信號進行記錄測量出彈丸直徑數據，同時對激光信號的進行頻域分析，實時測量粗彈丸注入的頻率。

進一步的，所述的激光器為光纖耦合LED，波長為530nm；所述的激光接收器為可調增益的硅基光電探測器，探測波長范圍為450-700nm。

進一步的，所述的光纖分為直徑均為0.2mm。

進一步的，所述激光通路系統包括有第一、第二凸透鏡，所述凸透鏡直徑為φ1in，焦距為1/2in。

進一步的，所述的第一、第二金屬管為內螺紋結構，化轉動為平動，以達到調節長度進而改變第一、第二凸透鏡位置的目的。

進一步的，所述的導管之間的縫隙應小于雜質彈丸直徑，無雜質通過時激光信號強度在0.3-0.5V的量級。

本發明還提出一種測量雜質彈丸大小及注入頻率的裝置，包括：

雜質注入導管、激光通路系統、數據信號分析系統；

所述雜質注入導管包括第一導管和第二導管；

所述第一導管、第二導管用內部有螺紋的金屬螺紋管連接，設置第一導管與第二導管之間的距離，從而調節第一導管、第二導管的縫隙寬度；

所述激光通路系統包括：在縫隙兩側安裝激光通路，其中一側為激光發生器，另一側為激光接收器；

所述數據信號分析系統包括示波器；