[發明專利]核聚變裝置的原子反應定量診斷方法及系統

在審

• 申請號: 202310294600.2
• 申請日: 2023-03-23
• 公開（公告）號: CN116313167A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 才來中;馬會聰;高金明;趙棟燁;許敏
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院
• 主分類號: G21B1/13
• 分類號: G21B1/13;G21B1/11
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 伍旭偉

本發明涉及核聚變裝置的原子反應定量診斷方法和系統，核聚變裝置的原子反應定量診斷方法，對核聚變裝置中邊緣和偏濾器區域等離子體的原子反應過程進行定量測量，包括以下操作：劃定待測量目標空間；獲取該選定二維空間區域的雙光譜譜線信息；根據獲取的雙光譜譜線信息，采用層析反演迭代計算得到雙光譜輻射在待測量目標空間的輻射強度；根據輻射強度比值確定選定二維空間區域的原子反應特性，根據選定二維空間區域的原子反應特性以及輻射強度或光子數定量確定原子反應數目。本診斷方法可以給出核聚變裝置邊緣或偏濾器區域空間的原子反應特征和數量及其空間分布，能同時分析多種原子反過程，具有被測空間區域大、高空間分辨和高時間分辨的特點。

技術領域

本發明屬于核聚變等離子體測量技術領域，具體涉及一種核聚變等離子體物理研究裝置上對等離子體的原子反應進行定量測量，尤其涉及一種核聚變裝置的原子反應定量診斷方法和系統。

背景技術

在核聚變研究裝置中，邊緣和偏濾器區域的等離子體包含多種原子分子反應過程，包括電離反應、輻射復合反應、三體復合反應、電荷交換反應、分子離解反應等等，原子反應過程對等離子體中的粒子平衡是非常重要的。同時，對于分析核聚變裝置偏濾器脫靶物理過程以及進行裝置運行過程中的熱負荷控制是極為必要和關鍵的。另外，在邊緣等離子體和偏濾器等離子體區域，由于等離子體溫度和密度的急劇變化，在不同空間區域內的原子反應過程和數量差異巨大，必須找到一種診斷系統和方法，能夠同時對核聚變裝置中邊緣和偏濾器區域的二維空間內等離子體的原子反應過程進行定量測量。而目前，尚無有效的系統和方法能夠實現對核聚變裝置上廣泛二維空間區域的原子反應進行定量診斷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種核聚變等離子體物理研究裝置上對等離子體的原子反應進行定量測量的方法及系統，通過雙光譜和層析反演，得到核聚變裝置中邊緣和偏濾器區域的二維空間內等離子體的原子反應特性，從而即可定量給出二維等離子體空間區域的原子反應數量和分布。

本發明的第一方面提供了核聚變裝置的原子反應定量診斷方法，用于對核聚變裝置中邊緣和偏濾器區域的二維空間內等離子體的原子反應過程進行定量測量，該原子反應定量診斷方法包括以下操作：

確定核聚變裝置中選定二維空間區域，并劃定選定二維空間區域中的待測量目標空間；獲取該選定二維空間區域的雙光譜譜線信息，該雙光譜譜線信息包括不同光譜絕對強度；根據獲取的雙光譜譜線信息，采用層析反演迭代計算得到雙光譜輻射在待測量目標空間的輻射強度(光子數)；根據輻射強度比值確定待測量目標空間的原子反應特性，根據待測量目標空間的原子反應特性以及輻射強度或光子數定量確定原子反應數目。

在核聚變裝置中邊緣和偏濾器區域，發射光譜可以看成是用于分析原子反應過程的重要手段。隨著電子軌道有效尺寸的增加，高量子數n的電子參與三體碰撞的可能性迅速增加，而發生自發的輻射反應的可能性迅速減小。因此，可發現高量子數n的發射光譜與電子離子復合反應相關，它是三體復合反應的直接標志。通常，由分子受激復合反應產生的中性粒子的電子能級較低(主量子數n5)，而三體復合反應產生的中性粒子通常處于高能級狀態(n≥5)，本方法即利用雙光譜和層析反演，利用核聚變燃料(氫及其同位素)的發射譜的不同光譜差異，例如光譜的絕對強度差異的比值，來確定空間區域的原子反應特性，該反應特性比如是復合反應主導還是電離反應為主，從而定量給出二維等離子體空間區域的原子反應數量和分布。本診斷系統和方法的優點在于可以給出核聚變裝置邊緣或偏濾器區域空間的原子反應特征和數量及其空間分布，能同時分析多種原子反過程，具有被測空間區域大、高空間分辨和高時間分辨的特點。

在一些可行的實施例中，獲取該選定二維空間區域的雙光譜譜線信息包括：

采用兩面陣型CCD探測器對所述選定二維空間區域進行測量，且兩面陣型CCD探測器的像素序列對應同一空間位置，即指兩個面陣型CCD探測器的像素序列一一對應，且兩者對應同一測量的空間位置。

在一些可行的實施例中，所述根據獲取的雙光譜譜線信息，采用層析反演迭代計算得到雙光譜輻射在待測量目標空間的輻射強度包括：