Способ измерения температуры электронов в плазме

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .РЕСПУБЛИН 09) 01 а 14 С 21 В 1/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ иагГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) Луманн М.Л. Аппаратура для диагностики термоядерной плазмы в установках с магнитным удержанием. Приборы для научных исследований, 1984, В 3.Жуковский В.Г., Ртищев В.А, Д ностика рассеяния на флюктуациях плотности плазмы в токамаках, М.: ГКИАЭ, 1985, с.20.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОНОВ В ПЛАЗМЕ(57) Изобретение относится к области физики плазмы, в частности к диагнос тике высокотемпературной плазмы тока маков и других магнитных ловушек, Целью . изобретения является повьппение точности измерения температуры электронов плазмы. Сущность изобретения состоит в том, что через плазму пропускают излучение мощного импульсного СО-лазера 2, работающегона фиксированном колебательно-вращательном переходе, рассеянное плазмой излучение принимают под малымуглом 8 - 10 собирающей системой 6и смешивают на детекторе с излучением дополнительного непрерывного СО -лазера, работающего на другом колебательно-вращательном переходе, Врезультате детектор зарегистрируетвеличину рассеянной мощности на длине волны непрерывного лазера в некоторой полосе частот 0 г Г. Перестраивая анепрерывный лазер по различнымблизким колебательно-вращательным переходам, отстоящим друг от друга нан 60 ГГц, можно получить спектр рассеянного излучения, а следовательно,и температуру электронов плазмы. 2 ил.й40 Изобретение относится к физикеплазмы, в частности к диагностикевысокотемпературной плазмы токамакови других магнитных ловушек.Целью изобретения является повышение точности измерений путем повышения отношения сигнала к шуму.На фиг. показан спектр рассеянного излучения; на фиг.2 - возможная схема осуществления предлагаемого способа.Принцип измерения иллюстрируетна фиг.1, где для примера показаны:спектр рассеянного излучения при иэ мерении на плазме с Те = 1 кэВ, уголнаблюдения О = О (ц), частота излучения импульсного лазера (Е), частота излучения импульсного лазера. Импульсный лазер работает на ли нии 10 Р 16, и на детектор поступает излучение непрерывного лазера, перестраиваемого по линиям ОР 18-ОР 24, отстоящим друг от друга по частотена 60 ГГц. 25Использование СОг лазера и рассеяние на малый угол в данном способе является принципиальным, так как это дозволяет существенно сузить ширину спектра рассеянного излучения ЬЕ Ъ "ГТ (% - длина волны рассеиваемо. го измерения, Т - температура электронов).Численные оценки для пояснения достоинств предлагаемого способа измерений с точки зрения увеличения отношения сигнал - шум.Пусть на плазму токамака плотэ ъностью пе 3 3 10 см и температуро электронов Те = 1 КЭВ направляется излучение импульсного СОг -лазера с энергией Е = 2 Дж, длительностью импульса Тя3 10 с, работающего на линии ОР 16Рассеянное плазмой излучение принимается под углом 0 = 45О = О,74 рад с отрезка лазерно.го луча длиной 1 = О см. В этом случае сечение рассеяния в электронную компоненту спектра равно 6 Е8 10 смг, а ширина спектра рас-г 50 сеянного излучения - Д 1=10 Е300 ГТц. Телесный угол Й = ь (Ь 6) выбирают из условия Ь 0 4 0,39, т.е. Ь 90,05 рад и Я =8 1 О ср. При расзсматриваемых параметрах эксперимента спектральная плотность мощности рассеянного излучения равнаР Е О, пр 1 Я . -8Эта величина должна быть больше шумов детектора, т.е. Рз/ЬГ - МЕР.В инфракрасном диапазоне характерной величиной МЕР охлаждаемых полупроводниковых детекторов является =4 1 0 Вт/Гц в полосе приема О Г = - = 1 О Гц.Отношение сигнал - шум на выходе анализатора частот, определяющего надежность и достоверность измерений температуры электронов, определяется выражением ( ) +2 иЬГ ь (1) 8 (Я/И) 1 + (Я 7 И)) где 2, - время интегрирования интегратора, выбираемое обычно равным длительности импульса лазера, т.е, ь =Т, Из соотношения (1) получаем, что для наших параметров системы Б/И 1 и равно= 2 ТО3 ф 10 =140, Б И АНа фиг.2 представлена схема измерений, которая содержит непрерывный СОг-лазер 1, мощный импульсный СО - лазер 2, фокусирующую линзу 3, камеру 4 токамака, плазму 5, собирающую систему 6, полупрозрачное зеркало 7, маломощный непрерывный СО -лазер 8, охлаждаемый детектор 9, стоящий в криостате 10, полосовой усилитель 11, второй детектор 2, интегратор 13, регистрирующую ЭВМ 14. Сплошная линия обозначает излучение импульсного СОг -лазера, пунктирная - рассеянное плазмой излучение, штрихпунктирная - излучение непрерывного лазера.Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.Излучение первого непрерывного лазера 1, работающего на линии 1 ОР 16, инжектируется в резонатор импульсного СОг -лазера 2. В результате импульсный лазер 2 также работает на линии 1 ОР 16 в узкой полосе частот. Излучение импульсного лазера линзой 3 фокусируется в камеру 44 токамака на плазму 5, Рассеянное под углом. излучение принимается собирающей оптикой 6 и направляется на детектор 9Одновременно на детектор направляется излучение второго непрерывного СОг -лазера 8 перестраиваемого по линиям 10 Р 18-10 Р 24, Продетектированное ИК-излучение усиливается полосо1377920 Р 20 10 Р 22 10 Р 21 г. оставитель В.Чуяноехред И.Попович едактор Н.Слободяник ректор С. Шекм каэ 881/ Тираж 39 осударственн елам изобрет Москва, ЖПодписио комитета СССРий и открытий .Раушская наб., д,4 НИИПИ 1303 Производственно-полиграфическое предприятие,г,ужгород,ул.Проектная,4 вым усилителем 1 (с полосой Е), детектируется вторым детектором 12 и интегрируется интегратором 13 с С = Т. Окончательная обработка результатов происходит в ЭВМ.Предложение позволяет измерить с высоким отношением сигнал - шум один из важнейших параметров термоядерной плазмы - температуру электроновф о р мл а и э о б р е т е н и я Способ измерения температуры электронов в плазме, включающий облучение плазмы лазером и спектральный анализ рассеянного плазмой излучения лазера, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности измерений температуры электронов плазмыза счет увеличения отношения сигнал/шум, облучение проводят импульсомСО-лазером, работающим на одном колебательно-вращательном переходе,рассеянное плазмой излучение смешивают с опорньи излучением дополни- О тельного лазера непрерывного действия, работающего на другом колебательно-вращательном переходе, про-изводят перестройку дополнительноголазера по нескольким колебательно вращательным переходам, детектируюти интегрируют полученные сигналы ипо измеренному спектру рассеянногоизлучения определяют температуруэлектронов.