hl-2m装置上汤姆逊散射系统中多色光谱仪的优化设计 design and optimization of ploychromator in hl-2m thomson scattering system.pdfVIP

第 36 卷 第 2 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.36, No.2 2 0 1 6 年 6 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics June 2016 文章编号：0254−6086(2016)02−0111−08 DOI: 10.16568/j.0254-6086.201602003 HL-2M 装置上汤姆逊散射系统中多色 光谱仪的优化设计 王瑜琴，黄 渊，刘春华，冯 震 (核工业西南物理研究院 ，成都 610041) 摘 要：设计并优化了一种新型多色仪 。该方案 中滤光片和探测器更加易于安装 ，缩短了光程长度 ，提高了 对散射信号的探测本领 ，减少了透镜的使用数量 ，提高了多色光谱仪的传输率 。通过数值计算 ，得到在 200~20000eV 温度范围内多色光谱仪的通道数为 7 是最优化结果 。最后 ，对 7 通道多色仪的相关参数进行优化设计 ，使用模拟 退火法计算优化各通道干涉滤光片的波长范围。 关键词：汤姆逊散射 ；干涉滤光片 ；多色仪 ；模拟退火法 中图分类号：O536 文献标识码：A 1 引言 2 汤姆逊散射系统概述 因非相干激光 汤姆逊散射技术准确测量等离 汤姆逊散射是 自由电子在 电磁波辐射场作用 子体 电子温度和密度 ，具有测量误差小 、时空分辨 下加速受迫振动或驱使 电子运动 ，并 向外再次产生 好 、对等离子体无干扰等优点 ，故在许多大 中型的 偶 极 辐 射 的现 象 ，该 现 象 在 1906年 首 次 由J J 聚变装置(NSTX、DIII-D 、ASDEX-U 、JET 、JT-60U、 Thomson提 出[2] 。电子产生散射频谱的特性 ，取决 LHD 、MAST 、HL-2A 、EAST)上 以及正在建设的 于德拜长度 λD 与散射 向量k长度 的比值 ，其 中当 ITER装置上都配置了汤姆逊散射诊断系统 。 kλ 为非相干汤姆逊散射 ，这时散射的特征长度远 D 在HL-2A装置上 已经建立了一套Nd:YAG激光 小于德拜长度 ，因而散射谱只反映电子无规则热运 汤姆逊散射系统 ，核心器件是高重复频率工作的Q 动的特征[3] ；当 kλ 则为相干汤姆逊散射 ，用来观 D 开关Nd:YAG激光器 、干涉滤光片多色光谱仪 、硅 察集体效应 。 雪崩光 电二极管探测器(APD)、前置放大器和主放 非相干激光 汤姆逊散射诊断测量 的是基于高 大器 以及数据采集和数据处理组成的[1] 。不 同的装 速运动 电子 的多普勒效应下入射激光 的 电场加速 置上的汤姆逊散射系统不尽相 同，使用的核心器件 电子产生的次级散射场的光谱分布 ，可以准确可靠 在性能上也有较大的差别 。 地推演出等离子体 电子的绝对温度 ；利用瑞利散射 本文主要介绍 区别于传统设计方案 的新型多 或啦曼散射对 系统进一步标定后也可 以测量等离 色仪的设计以及相关计算 ，主要包括对多色仪的设 子体的电子密度[4] 。 计细节 以及利用数值模拟来优化滤光片的最佳数 HL-2A现有 的汤姆逊散射系统 由Nd:YAG激光 量及其各通道滤光片波长分 。 本征产生激光经过三级放大后输 出