EAST远红外激光干涉仪与密度爬升实验研究.PDF

第 30 卷 第 3 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.30, No.3 2 0 1 0 年 9 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics Sep. 2010 文章编号：0254−6086(2010)03−0208−05 EAST 远红外激光干涉仪与密度爬升实验研究 1 1, 2 2 2 2 2 2 王二辉 ，高 翔 ，揭银先 ，杨 曜 ，史 楠 ，刘子奚 ，明廷凤 (1. 中国科学技术大学，合肥 230026 ；2. 中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031) 摘 要：利用 EAST 装置单道远红外 HCN 激光干涉仪测量了等离子体中心道(R=1.82m)线平均电子密度。通 过充气加料连续提升主等离子体密度，首次在 EAST 装置上观察到偏滤器等离子体的三种不同状态：低再循环(偏 滤器靶板处等离子体温度较高，密度较低) ，高再循环(偏滤器靶板处等离子体温度较低，密度较高)和脱靶(偏滤 器靶板处等离子体温度和密度都很低)等离子体状态。分析了 EAST 偏滤器在这三种不同状态下的物理现象。 关键词：远红外激光干涉仪；电子密度；偏滤器 中图分类号：TL65+7 文献标志码： A 1 引言 量以及热通量等。目前，在 EAST 装置共有 15 种 在托卡马克等离子体物理实验研究中，电子密 诊断设备[7] ，包括初步建成的单道 HCN 激光干涉 度是一个重要的物理参数，其大小和时空分布可以 仪，用来测量等离子体的各种物理参数。远红外激 用来衡量聚变装置的实验水平，也关系到实验中发 光干涉仪不仅可以测量线平均电子密度，还为 生的各种物理现象的研究。远红外激光干涉仪是测 EAST 装置放电控制提供一个密度反馈信号，用来 量等离子体电子密度时空分布的一种常规方法，国 控制 EAST 装置主充气口的氘气注入量，以达到对 内外许多大中型聚变装置中设计了各种类型的远 主等离子体密度的实时精确控制。 红外激光干涉测量仪[1~5] 。干涉法测量已从早期干 涉条纹的绝对测量发展到用拍频法进行外差相对 2 HCN 激光干涉仪系统 测 量 。 目 前 大 多 数 装 置 使 用 的 干 涉 仪 是 图 1 是 EAST 装置的单道 HCN 激光干涉仪的 Mach-Zehnder 型的外差式干涉仪，它具有操作简 光路图，结构为单道的 Mach-Zehner 型外差式干涉 单、误差小和精度高等优点。 仪，对主等离子体的线平均电子密度进行测量，真 EAST 全超导托卡马克实验装置是我国独立自 空室中垂直入射光路的大半径为 R=1.82m 。所有的 主发展的、具有大拉长比的非圆截面等离子体位形 光学器件都安装在铝合金制成的干涉架内部，以减 的聚变稳态装置，可以实现单零和双零的偏滤器位 少实验时 EAST 装置磁场对光路的影响，并且干涉 形。EAST 装置近期主要运行参数为：等离子体大 架独立于 EAST 装置，以减少聚变装置震动对光路 半径 R=1.75m ，小半径 a=0.4m ，拉长比为 1.2 ～2.0 ， 的影响。 等离子体电流 I =0.5 MA ，最大纵向磁场 B =3.5T[6]。 磁约束聚变等离子体实验中，考虑到机械震动 p t EAST 真空室第一壁材料为石墨，其偏滤器结构采 的影响以及工程上易于实现，希望激光干涉仪的波 用类似 ITER 的垂直靶板结