托卡马克弯晶谱仪双晶体结构应用的初步研究.pdfVIP

第 38卷 第 11期 核 技 术 Vo1．38，No．11 2015年 11月 NUCLEARTECHNIQUES November2015 托卡马克弯晶谱仪双晶体结构应用的初步研究 陈 俊 1,2 吕 波 王福地 潘夏云 1,2 李颖颖 符 佳 尹相辉 1,2 胡睿佶 1,2 冯双园 ， 石跃江 ， 余 羿 叶民友 1(中国科学技术大学 核科学技术学院 合肥 230026) 2(中国科学院等离子体物理研究所 合肥 230031) 3 (首尔大学 核工程系 韩国首尔 151-742) 摘要 x射线弯晶谱仪作为托卡马克装置等离子体温度和旋转速度等参数诊断测量的重要手段之一，通常利 用单晶体衍射分光来测量某种特定杂质的特征谱，这也限制了弯晶谱仪所能测量的等离子体温度范围。为解 决更高温度等离子体测量 问题，有效提高 目前弯晶谱仪诊断系统温度测量范围，用双晶体代替原有单晶体， 通过选择合适的晶体和 Bragg衍射角组合，利用同一个探测器同时测量类氢和类氦的氩离子光谱，实现更高 更宽温度范围测量。本文就东方超环(ExperimentalAdvancedSuperconductingTokamak，EAST)弯晶谱仪双晶体 应用方面的设计和技术实现进行了阐述，并首次在 EAST装置上成功实现了氩离子类氦和类氢谱线的测量， 利用类氦线和类氢线拟合得到的氩离子温度非常接近 ，验证了双晶体结构的可行性。 关键词 等离子体诊断，弯晶谱仪，双晶体，多普勒展宽 中图分类号 TL65．1 DOI：10．11889~．0253—3219．2015．his．38．110403 x射线弯晶谱仪主要利用等离子体中某种杂质 EAST 装置 x 射线弯晶谱仪 一rayCrystal 离子的特征谱线的多普勒展宽和频移来实现等离子 Spectrometer，XCS)空间布局如图 1所示，通过升级 体温度和旋转速度 的测量，最早在脉冲托卡马克 探测器技术，在类氦谱测量的时间分辨率上有 了很 (PulsatorTokamak，PLT1上实现u1。早期的弯晶谱仪 大提高，最高可达 10ms左右L8J。随着EAST装置 通常采用柱面弯曲晶体，只能单道测量，Bitter等 的改造升级 ，中性束注入N(eutralBeam Injection， 通过球面弯 曲晶体的应用，成功实现了单晶体下的 NBI)~D热、低杂波 电流驱动(LowerH．ybridCurrent 空间剖面测量，从而大大提升了弯晶谱仪的测量能 Drive，LHCD)、离子 回旋共振加热(IonCyclotron 力。弯晶谱仪作为一种被动测量方法，在现有托卡 ResonanceFrequency,~CRF)、电子 回旋共振加热 马克运行电子温度范围基础上，通常测量类氦氩离 (ElectronCyclotronResonanceHeating，ECRH)等辅 子伴线单谱进行等离子体参数测量，不依赖外部中 助加热功率的增加，等离子温度将升高到几千 电子 性束注入等，特别适合射频波加热和长脉冲等离子 伏，原有EAST弯晶谱仪原本以类氦离子谱线作为 体 诊 断测 量 ， 因此 在 东方 超 环 (Experimental 标识谱线，在 电子温度高于 3keV时由于芯部类氦 AdvancedSuperconductingTokamak，EAST)、高场托 浓度可能中空分布，影响谱仪的可靠测量。为实现 卡马克(AltoCampoToroC—mod，AlcatorC—Mod)、韩 在更高温度条件下也能够测量等离子体温度，需要 国先进研究超导托卡马克(KoreaSuperconductin