HFRC场反位形等离子体装置辐射诊断系统研制

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等离子体辐射功率可以反映等离子体所含杂质情况,是表征其能量平衡与约束性能的重要参数。辐射诊断作为一种高温等离子体基本诊断手段,主要用于测量等离子体放电期间的辐射功率。对于场反位形等离子体装置来说,辐射诊断也常用于研究场反等离子体的形成和倾斜不稳定性。华中科技大学正在设计、搭建一台高性能场反位形等离子体装置——HUST Field Reversed Configuration Device,HFRC。为获取其辐射功率数据以支撑物理实验研究,需设计一个包含热辐射诊断和Hα线辐射诊断的辐射诊断系统。首先,为确定HFRC等离子体的辐射特性,基于碰撞辐射模型对其辐射功率进行了评估,分析了不同温度下的辐射能谱。并利用一维杂质输运程序STRAHL给出了多种场景下HFRC等离子体中的杂质分布及辐射剖面,为后续诊断设计与性能评估提供了理论依据。其次,为测量等离子体总辐射功率,设计了一套热辐射诊断。该诊断配置了前置光电流放大器以减小信号传输过程中的电磁噪声干扰,可提供16道观测弦,实现空间分辨率约2.5 cm,时间分辨率约500 k Hz。该诊断针对现有场反位形等离子体装置上热辐射诊断无法兼顾良好的时间分辨和测量准确度的问题,提出了一种基于AXUV和SXUV的双光电探测器方案对AXUV的测量结果进行修正。该方案通过两种探测器对等离子体辐射的响应差异确定了AXUV响应的修正系数α,经α修正后的AXUV测量准确度可从50%显著提高至约95%。经验证,方案在不同温度、杂质情况和输运条件下性能表现良好,能兼顾良好的时间分辨和测量准确度。最后,为研究中性氢通量和再循环过程,研制了一套Hα线辐射诊断。该诊断可提供35道观测弦,实现空间分辨率约1.1 cm,时间分辨率约500 k Hz,上升时间约为0.8μs。诊断采用了基于频率补偿的跨阻放大方案实现其高增益、高带宽性能。同时,通过标准亮度源对其不同入射角度下的响应进行了标定,消除了入射光角度对Hα滤光片透射率的影响。通过台面测试和HFRC形成区调试获得了诊断初步的测量信号。
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