專利名稱：一種高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置，特別是涉及一種聚變研究裝置上的等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置。
背景技術(shù)：
有效電荷數(shù)Zeff是等離子體中離子的平均核電荷數(shù)，它反映了等離子體中總的雜質(zhì)水平。Zrff與等離子體軔致輻射的強度成正比關(guān)系，它對非相干湯姆遜散射系統(tǒng)測量的電子溫度和電子密度的數(shù)據(jù)誤差分析有影響。另外，Zrff數(shù)據(jù)在托卡馬克物理實驗中也是很重要的，托卡馬克等離子體中雜質(zhì)的存在使得軔致輻射和線譜輻射增強，加快了等離子體的能量損失，從而降低了等離子體約束品質(zhì)；穩(wěn)定性分析顯示，Zeff的徑向分布還影響電流密度的徑向分布。在L-H轉(zhuǎn)換機制、雜質(zhì)聚中與排除、邊緣電流密度分布對臺基等離子體穩(wěn)定性的作用、以及邊緣局域模的控制與緩解等研究工作中，等離子體Zrff是一個很重要的參數(shù)。國際上Zrff的測量方法有很多，最常見的是利用可見光波段，如波長535nm附近的軔致輻射，在高溫等離子體中該波段沒有線輻射干擾。但是在邊緣等離子體區(qū)域，雜質(zhì)或中性氣體的線輻射較強，會對可見光波段的軔致輻射測量造成干擾。因此，國際上一些大中型等托卡馬克裝置上已經(jīng)開始在近紅外光波段，如中心波長940nm/帶寬5nm、或中心波長980nm/帶寬5nm，測量軔致輻射強度從而獲得Zrff數(shù)據(jù)，但還沒有文獻報道有使用這種雙波段的光學(xué)測量方法，也沒有在1100 2000nm近紅外波段區(qū)開展軔致輻射從而計算Zeff的測量。等離子體放電、輝光放電清洗以及硅化壁處理都會對測量軔致輻射的光學(xué)窗口造成不同程度的噴鍍污染，使軔致輻射強度的實時測量結(jié)果的準(zhǔn)確性受到一定程度的影響，給實驗結(jié)果帶來很大的誤差。因此亟需一種能夠更準(zhǔn)確的探測高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種更準(zhǔn)確的探測高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置，高溫等離子體裝置器壁上設(shè)置有光學(xué)玻璃窗口，本發(fā)明包括設(shè)置在光學(xué)玻璃窗口外側(cè)的排成一列的若干個準(zhǔn)直通光孔、設(shè)置在準(zhǔn)直通光孔另一側(cè)的與準(zhǔn)直通光孔位置對應(yīng)的若干個雙波段窄帶濾波片、設(shè)置在雙波段窄帶濾波片另一側(cè)的與雙波段窄帶濾波片位置對應(yīng)的若干個聚焦透鏡、設(shè)置在聚焦透鏡另一側(cè)的與聚焦透鏡位置對應(yīng)的若干個雙波段探測器、以及與雙波段探測器電連接的信號放大采集裝置，雙波段探測器的接收端面位于所述聚焦透鏡的一倍焦距位置處；光學(xué)玻璃窗口、準(zhǔn)直通光孔、雙波段窄帶濾波片、聚焦透鏡、以及雙波段探測器由安裝箱進行光屏蔽。與光學(xué)玻璃窗口相對的高溫等離子體裝置器壁內(nèi)壁上設(shè)置有消光器。雙波段窄帶濾波片的帶通范圍分別為中心波長800nm/帶寬5nm、中心波長1450nm/帶寬5nm,帶通范圍的透過率大于50%。準(zhǔn)直通光孔的個數(shù)為15個。光學(xué)玻璃窗口外側(cè)還設(shè)置有用于測量光學(xué)玻璃窗口透過率的硬件設(shè)施。本發(fā)明通過采用雙波段窄帶濾波片和雙波段探測器的濾波和探測方法，通過測量中心波長800nm/帶寬5nm和中心波長為1450nm/帶寬5nm的軔致輻射強度，用積分球?qū)ι⑸鋸姸冗M行絕對標(biāo)定，就可以得出聚變裝置等離子體的軔致輻射信息及相應(yīng)的Zeff。再對這兩個波帶內(nèi)的測量結(jié)果進行比較，可以更準(zhǔn)確的提供等離子體Zrff數(shù)據(jù)，即等離子體Zrff的空間分布和時間演化，從而給出了評價等離子體性能的一個很重要的指標(biāo)。本發(fā)明在測量等離子體軔致輻射的同時，在光學(xué)玻璃窗口還設(shè)置有用于測量光學(xué)玻璃窗口透過率的硬件設(shè)施，通過監(jiān)測窗口透過率的實時變化，利用測量到的窗口透過率 值對軔致輻射強度進行補償，就可以避免由于窗口污染對韌致輻射光譜強度測量的干擾。


圖I為本發(fā)明所提供的一種高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置的示意圖。圖中I為消光器，2為等離子體，3為光學(xué)玻璃窗口，4為安裝箱，5為準(zhǔn)直通光孔，6為雙波段窄帶濾波片，7為聚焦透鏡，8為雙波段探測器，9為信號放大采集裝置。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。高溫等離子體裝置器壁上通過法蘭設(shè)置有光學(xué)玻璃窗口 3，光學(xué)玻璃窗口 3外側(cè)由螺釘固定安裝有可以進行光屏蔽的安裝箱4。在安裝箱4內(nèi)光學(xué)玻璃窗口 3外側(cè)固定設(shè)置有排成一列的15個準(zhǔn)直通光孔5,每個準(zhǔn)直通光孔5的直徑為5_。準(zhǔn)直通光孔5通過螺釘與安裝箱4固定。準(zhǔn)直通光孔5主要用來避免環(huán)境雜散光對該測量通道的干擾，以及不同測量通道的相互干擾。在安裝箱4內(nèi)準(zhǔn)直通光孔5另一側(cè)固定設(shè)置有與準(zhǔn)直通光孔5位置對應(yīng)的十五個雙波段窄帶濾波片6，雙波段窄帶濾波片6的帶通范圍分別為中心波長800nm/帶寬5nm、中心波長1450nm/帶寬5nm，帶通范圍的透過率大于50%。因為在高溫等離子體裝置內(nèi)各種粒子的線輻射波長不在這兩個帶寬范圍內(nèi)，不會干擾對等離子體軔致輻射信號的測量。本發(fā)明優(yōu)選采用成都光電所鍍膜室生產(chǎn)的符合相關(guān)參數(shù)的雙波段窄帶濾波片6。雙波段窄帶濾波片6通過固定在安裝箱4內(nèi)的鏡架整體安裝。在安裝箱4內(nèi)雙波段窄帶濾波片6另一側(cè)固定設(shè)置有與雙波段窄帶濾波片6位置對應(yīng)的十五個聚焦透鏡7，每個聚焦透鏡7的直徑為15_，15個聚焦透鏡7空間排列的總長度為300_。聚焦透鏡7通過光學(xué)鏡架鏡桿與安裝箱4固定。在安裝箱4內(nèi)聚焦透鏡7另一側(cè)固定設(shè)置有與聚焦透鏡7位置對應(yīng)的十五個雙波段探測器8，雙波段探測器8的接收端面位于聚焦透鏡7的一倍焦距位置處。雙波段探測器8通過固定在安裝箱4內(nèi)的支架整體安裝。本發(fā)明優(yōu)選采用中電科技集團總公司第44研究所生產(chǎn)的型號為GD7510Y的雙波段探測器8。聚焦透鏡7的主要作用是增加了雙波段探測器8接收到的輻射光的強度。
本發(fā)明還包括與雙波 段探測器8電連接的信號放大采集裝置9。本發(fā)明還包括粘接或通過螺釘固定在與光學(xué)玻璃窗口相對的高溫等離子體裝置器壁內(nèi)壁上的消光器I。消光器I可以避免器壁反射對測量的影響。本發(fā)明還包括在光學(xué)玻璃窗口外側(cè)剩余空間設(shè)置的用于測量光學(xué)玻璃窗口透過率的硬件設(shè)施，如分光光度計。雙波段光電探測器GD7510Y有兩個光敏面，這兩個光敏面是疊放在一起的，所對應(yīng)的信號端子和電源端子是分開的，互不干擾，保證了各自的光信號探測與電信號輸出的獨立性。測量時等離子體中的輻射光穿過光學(xué)玻璃窗口 3，經(jīng)準(zhǔn)直通光孔5、雙波段窄帶濾波片6濾波、聚焦透鏡7聚焦之后被雙波段探測器8接收，再經(jīng)過信號放大采集裝置9，就可以得到軔致輻射強度的信號。本發(fā)明可以測量到等離子體一列15個空間分布的軔致輻射強度，在中心區(qū)域光幾乎垂直于玻璃窗口，而在邊緣區(qū)域光的入射角小于10度。數(shù)據(jù)處理時，利用窗口透過率測量得到的數(shù)據(jù)進行補償，可以避免由于輝光放電清洗、硅化器壁處理以及等離子體放電造成的光學(xué)玻璃窗口污染對軔致輻射強度絕對測量的干擾。對這兩個光學(xué)波帶內(nèi)的測量結(jié)果進行比較分析，可以獲得更準(zhǔn)確的等離子體Zeff空間分布和時間演化的數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置，高溫等離子體裝置器壁上設(shè)置有光學(xué)玻璃窗口，其特征在于所述高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置包括設(shè)置在光學(xué)玻璃窗口外側(cè)的排成一列的若干個準(zhǔn)直通光孔、設(shè)置在所述準(zhǔn)直通光孔另一側(cè)的與所述準(zhǔn)直通光孔位置對應(yīng)的若干個雙波段窄帶濾波片、設(shè)置在所述雙波段窄帶濾波片另一側(cè)的與所述雙波段窄帶濾波片位置對應(yīng)的若干個聚焦透鏡、設(shè)置在所述聚焦透鏡另一側(cè)的與所述聚焦透鏡位置對應(yīng)的若干個雙波段探測器、以及與雙波段探測器電連接的信號放大采集裝置，所述雙波段探測器的接收端面位于所述聚焦透鏡的一倍焦距位置處；所述光學(xué)玻璃窗口、準(zhǔn)直通光孔、雙波段窄帶濾波片、聚焦透鏡、以及雙波段探測器由安裝箱進行光屏蔽。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置，其特征在于與所述光學(xué)玻璃窗口相對的高溫等離子體裝置器壁內(nèi)壁上設(shè)置有消光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置，其特征在于所述雙波段窄帶濾波片的帶通范圍分別為中心波長SOOnm/帶寬5nm、中心波長1450nm/帶寬5nm,帶通范圍的透過率大于50*%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置，其特征在于所述準(zhǔn)直通光孔的個數(shù)為15個。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置，其特征在于所述每個準(zhǔn)直通光孔的的直徑為5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置，其特征在于所述15個聚焦透鏡空間排列的總長度為300mm，每個聚焦透鏡的直徑為15mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置，其特征在于所述雙波段探測器為中電科技集團總公司第44研究所生產(chǎn)的型號為GD7510Y的雙波段探測器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置，其特征在于所述光學(xué)玻璃窗口外側(cè)還設(shè)置有用于測量光學(xué)玻璃窗口透過率的硬件設(shè)施。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫等離子體有效電荷數(shù)的實時光學(xué)測量裝置，包括設(shè)置在光學(xué)玻璃窗口外側(cè)的排成一列的若干個準(zhǔn)直通光孔、設(shè)置在準(zhǔn)直通光孔另一側(cè)的與準(zhǔn)直通光孔位置對應(yīng)的若干個雙波段窄帶濾波片、設(shè)置在窄帶濾波片另一側(cè)的與雙波段窄帶濾波片位置對應(yīng)的若干個聚焦透鏡、設(shè)置在聚焦透鏡另一側(cè)的與聚焦透鏡位置對應(yīng)的若干個雙波段探測器、以及與雙波段探測器電連接的信號放大采集裝置，雙波段探測器的接收端面位于所述聚焦透鏡的一倍焦距位置處；光學(xué)玻璃窗口、準(zhǔn)直通光孔、雙波段窄帶濾波片、聚焦透鏡、以及雙波段探測器由安裝箱進行光屏蔽。本發(fā)明可以更準(zhǔn)確的提供等離子體有效電荷數(shù)數(shù)據(jù)。
文檔編號G01T1/29GK102650700SQ20111004723
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者余德良, 劉春華, 段旭如, 聶林, 黃淵 申請人:核工業(yè)西南物理研究院