J-TEXT真空紫外光谱诊断系统的设计

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托卡马克中的杂质通过输运过程进入等离子体内,进而影响等离子体约束性能,可利用杂质光谱诊断进行杂质物理问题的研究。在高温等离子体中的真空紫外光区内,存在大量杂质辐射,为此需要在J-TEXT装置上建立一套真空紫外光谱诊断系统对真空紫外波段的杂质辐射进行分析。  基于杂质输运计算程序STRAHL进行杂质辐射仿真,得到C、Si、O等典型杂质辐射剖面,研究了杂质辐射随电子温度及密度的变化。以仿真结果作为参考进行系统设计,主要包括光路结构设计、光栅设计以及设备选型和狭缝布局设计。其中,选择1m焦距的Mcpherson225单色仪,设计了适合工作波段分别为60-250nm、30-80nm的刻线1200g/mm和2400g/mm闪耀光栅,系统探测器选用传感阵列像素为1024×1024的高分辨率CCD探测器。为了覆盖最外层闭合磁面(LCFS),真空紫外单色仪的轴线相对水平面倾斜8°,观测区域从等离子体的下部1.1a(小半径)处到上部到0.6a处,空间分辨狭缝到光栅的距离为810mm,视野覆盖等离子体中心297mm。对所设计光路系统的效率计算评估,并估算出三种典型杂质C II133.45nm,C III97.7nm,C IV154.9nm的光子数。  根据J-TEXT真空紫外光谱系统的整体设计对系统进行实体搭建工作,调试并在完成波长校准后进行初步实验。在放电期间设置适当参数采集光谱,总结出J-TEXT装置等离子体在30-250nm范围内的杂质谱线,对系统进行隔振及CCD屏蔽处理,提高系统运行状态。  利用已校准积分球光源对可见光谱仪进行标定,采用分支比方法进行真空紫外光谱系统的强度标定,选定谱线对为CVI529.2nm/52.1nm,并给出标定结果。
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