Способ измерения параметров плазмы в магнитном поле

"ъ,ВСЕСОЮЗНАЯ ЕТЕНИ з ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕГЕНИЙ И ОЧНРЫТИ ИСАНИЕВТОРСНОМУ 6 аИДТБЪ(56) РеасосК Я;Д. Меазцгещепс оГ юаней.8 ЯеИз 1 п йотоЫа 1 зузйешз. СЖ-р 560,(1979), АЬир 1 оп, ОхЕогй Ьхге.Горбунов Е,П. н др. Многоканаль.ная микроволновая техника для измерения радиального. распределения плот" ности плазмы на установке, Токамак Т=3, сб, Диагностика тглазмы. Вып 3, Атомиздат, М., 1973, с. 375.(54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТ-.РОВ ПЛАЗМЫ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ, основанный на.интерференции лазерного излучения,. пропускаемого через нлазму, о. т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью измерения полоидальногомагнитного поля в плазме, излучениепропускают через плазму поляризованным по направлению основного магнитного поля и перпендикулярно направлению основного поля и по разностифаз между ними при известной формемагнитных поверхностей и плотностиплазмы определяют величину полоидального магнитного поля.интерференции лазерного излучения,пропускаемого через плазму, излучениепропускают поляризованным по направлению основного магнитного поля иперпендикулярно направлению, основного магнитного поля и по разности фаэ между. ними при известной форме магнитных поверхностей ивида функции распределения плотностиплазмы определяют величину полоидального магнитного поля. Поляризованныеизлучения выбираются сдвинутыми почастоте друг относительно друга напромежуточную частоту Я . Интерференция этих лучей позволяет перенести нанизкую (промежуточную) частоту и затем измерить разность фаз между, рассматриваемыми волнами, которая зависит от.величины полоидального магнитного поля в плазме. На фиг.1 пока-зана геометрия опыта; на фиг.2 -часть схемы интерферометра с переносом измеряемой фазы на радиочастоту, где Х, Т, 2 - осн координатВа -вектор тороидального магнитного поля,направленный по оси Е; В р - векторполоидального магнитного поля, лежащий в плоскости ХУ и образующий сосью У угол Ы; В - вектор суммарного магнитного поля, образующий с осьюУ угол 0; К - волновой вектор зондирующего излучения, направленноговдоль оси У. Просвечивание плазмыпроисходит вдоль оси У перпендикулярно тороидальному магнитному полю В, Полагая В,16можно написать Сов 6 = созЫв, Во Это выражение не меняется при изме- некии найравления зондирования на обратное.Рассмотрим два предельных случая квазиперпендикулярного распространения волн через плазму. В первом случае будем считать, что полоидальные поля, появляющиеся в плазме при протекании через нее тока, малы, а именно есозыв )Во втором случае - искажение тороидального магнитного поля велико и,следовательно; соз 28 ът (- )2"Ьц 1 1072635Изобретение относится к областифизики плазмы, в частности к диаг;ностике высокотемпературной плазмы.Известные способы измерения поло 5идального магнитного поля в плазмеоснованы на использовании эффектафарадеяь Для этого электромагнитнаяволна пропускается через плазмувдоль направления магнитного поля и 10по повороту поляризации делаетсявывод о величине магнитного поля вплазме. Недостатком способа является сложность измерения малых поворотов плоскости: поляризации волн в 15плазме в условиях термоядерных уста-.новок "Токамак".,Наиболее близок к.предлагаемому. способ измерения параметров плазмыв магнитном поле, в частностй распределения плотности плазмы, основанный на использовании интерференциидвух лазерных пучков, один из которых опорный, а другой пропускаетсячерез плазмуИзлучение, прошедшее 25(через плазму, приобретает набег фазы,зависящий от плотности плазмы. Сложение (интерференция) лучей, прошед,ших через плазму и вне плазмы,. позволяет выделить этот дополнительный 30набег фаэ и затем, решая обратнуюзадачу, по измеренным фазам восстановить профиль плотности плазмы в пространстве. Ййтерферометрический способ измерения плотности плазмы наиболее разработан и широко применяетснв диагностике высокотемпературнойплазмы на установках "Токамак", таккак позволяет достаточно просто инадежно определять поведение в пространстве и во времени одного иэ важнейших параметров плазмы - ее плотности.Однако известный интерферометрический способ не позволяет измерять 45другой важный параметр плазмы, аименно величину и распределение впространстве полоидального магнитного поляили, что то же самое, распределение тока в плазме. Это являет" 5ся следствием того, что используетсяэлектромагнитная волна только с одйой поляризацией, и обычно точностьизмерения сдвигов фаз невысока.Целью изобретения является осуществление измерений попоидальногомагнитного поля в плазме. Для этогов способе измерения параметров плазмы в магнитном поле, основанном на3 1072635 Первое условие выполняется для суб . миллиметрового диапазона длин волн зондирующего излучения, тогда как второе - в инфракрасной области5 спектра.Раскладывая подкоренное выражение. в уравнении Апплтона в ряд по малому периметру и учитывая, что (щр/ы), (м /ы)еи 1, можем написать следующие выражения для разности фаз обыкновенно 9 и необыкновенной волн соответствующие двум рассмотренным выше случаям. Впервом15х( )е( .й)еДу - ( )2 (2)2 ц оло 30 Из ФоРмУлы видно, что из измеренийразности фаз обыкновенной и необык- щ новенной волн можно определить вели- р чину полоидального магнитного поля, : н если задаться формой магнитных по- и верхностей внутри плазменного шнура, 40 п и независимым способом измерить распределение плотности плазмы ао ра- с диусу .шСхема интерферометра содержит к СО - лазер 1, четвертьволновые 45 н пластины 2, 3, электрооптический н сдвигатель частоты 4, делитель пуч- э ка 5, исследуемую плазму 6, зеркала 7, 8, электрический модулятор час- з тоты 9, поляризатор 10, детектор 11, м преобразователь фаза-напряжение 12, д ЭВМ 13. Стрелки показывают поляриза- з цйю волн. Излученйе СО - лазера . пл четвертьволновыми пластинами и элект- и . рооптическим сдвигателем преобразу- н Таким образом, зондирование плазмы миллиметровым (субмиллиметровым) из лучением одновременно на обыкновенной и необыкновенной волнах можно использовать для исключения влияния на измерение колебаний зеркал интерферометра и для понижения величины фа" 25 зовых набегов, связанных с плотностью плазмы, за счет множителя (яю) 2 (1.Во. втором .случае, учитывая выраже. ние (1), получаем е ЛЧ=. -- - 1 п(у) -- -созЫЙу (3) 4 7 .фь е ВР (у) 2 п,. МВ.ется в ортогонально поляризованною излучение со сдвинутыми частотами и пропускается .через плазму. Отразившись от зеркала 8 и еще раз пройдя плазму, излучение поступает на делитель 5, где, частичноотражается и поступает на детектор 11. Поляризатор 10 совмещает направления поляри- . заций волн, Сигналы обыкновеннойи необыкновенной волн, которым соответ- ствуют сдвинутая и несдвинутая частоты, интерферируют на детекторе, образуя сигнал разностной частотыЯ с фазой, равной разности фаз обыкно" венной и необыкновенной волнС детектора сигнал поступает на преобразователь фаза-напряжение, который в аналоговом виде выдает зависимость разности фаз от времени, Далее сигнал подается в ЭВМ, где проходит обработку с целью выделения величины и зависимости полоидального магнитного поля от времени согласно формуле (3).Для получения точности измерений Впорядка 1 ОХ точность измерений сдвигов фаз также должна быть порядка 107. Однако сама величина сдвига, фаз между обыкновенной и необыкновенной волнами будет весьма мала и по порядку 1 величины может составлять 4 Ч(10 -10 ) (ол 1 -Оф 01 . Для этого чтобы измерять такие малые фазовые сдвиги, процессы переноса фаы на радиочастоту требуется осуествлять с высокой точностью, изме ения должны проводиться с отношеием сигнал/шум лучше, чем 10, и еобходимо разработать специальные реобразователи фаза-напряжение.Способ позволяет измерять в протранстве и во времени такой важнейий параметр термоядерной плазмы, ак полоидальное магнитное поле, что евозможно сделать при помощи обычого лазерного интерферометра, При том резко возрастает объем получа-, мой информации о плазме, так как, ная распределение полоидального агнитиого поля, можно найти распрееление тока. в. плазме, коэффициент апаса устойчивости и проводимостьазмы, что значительно повышает прозводительность научных исследоваий в1072635 Техред М.Дидьв , Корректор И.Эрдейи Редакто ильняг Заказ 9. Тираж ВНИИПИ Государстве по делам изобре 113035, Москва, Ж"35, ная редприятие город, ул. Пр оиз твенно-полигра ическо 395 Подписного комитета СССРеиий и открытийРаушская наб., д. 4/5