HL-2A装置电子密度多道干涉测量实验系统-核聚变与等离子体物理.PDFVIP

第 28 卷 第 3 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.28, No.3 2 0 0 8 年 9 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics Sep. 2008 文章编号：0254-6086(2008)03-0193-06 HL-2A 装置电子密度多道干涉测量实验系统 邓中朝，周 艳，易 江，李永高，李连才，刘泽田 (核工业西南物理研究院，成都 60041) 摘 要： 电子密度是核聚变等离子体研究中的一个主要物理参数，为获取电子密度时空分布的准确信息，结合 HL-2A 装置结构特点设计并建立了八道 FIR 激光干涉仪测量系统。在长光路的布局中采用了介质波导传输，研制了 长谐振腔高功率 HCN 波导激光器。另外为减少干扰影响在差拍信号数据采集电子学中采用了数字锁相滤波 FPGA 技术, 并用软件和硬件两种相位比较方法监测电子密度，实现了密度随时间变化的实时显示。在等离子体放电中干 涉仪系统测量精度可达 1/33 条纹，相应密度约为 1.3×1011cm−3 ，时间分辨为 0.1ms。 关键词：HCN 波导激光器；多道干涉仪；电子密度分布 中图分类号：TL65+ 1；O536 文献标识码：A 1 引言 电子密度) ，振动对测量的影响及其技术成本等，合 利用远红外(FIR)激光干涉法对核聚变研究装 适的折中是选取波长λ =337μm 的氰化氢(HCN)激 置等离子体实现电子密度时-空分辨的测量已成为 光器作为干涉仪光源。针对 HL-2A 装置光学布局， 常规诊断手段，国内外许多大中型装置均围绕各自 放电等离子体引起光程 2π 相位的移动对应线积分 的结构参数设计建造了不同类型的多道 IR 或 FIR 电子密度变化 n dl n L 6.62 ×1014 cm−2 。2006 ∫ e e L 激光干涉测量系统。中国环流器 HL-2A 是一个运 年完成了系统整体初步调试并在 2007 年度的各项 行在单偏滤器状态较大的托卡马克装置(等离子体 物理实验中实现了多道弦积分及其电子密度分布 大半径 R=1.65m ，小半径 a=0.4m) ，等离子体电流 测量，同时也开展了密度反馈控制的实验研究。 12 14 −3 Ip ≤500kA ，电子密度范围是10 ~ 10 cm ，为获 取电子密度时空分布信息，必须要实现线积分电子 2 多道干涉仪的实验安排 密度的多道测量。由于偏滤器线圈及靶板的存在无 HL-2A 装置电子密度多道干涉测量实验系统 法在装置竖直方向安排探测通道，依照其现有侧向 由以下几部分组成：①长谐振腔高功率 HCN 波导 大法兰竖向布局的窗口，设计了 8 通道 Michelson 激光器及 He-Ne 激光小孔准直系统；②长距离传输 结构形式 FIR 激光干涉仪系统。探测光束沿装置径 介质波导与 E 矢量偏振面旋转部件；③包含有活动 向水平弦方向入射并且偏振 E 矢量平行纵场，各弦 档板的装置多道窗口、真空室内壁挂镜，旋转柱面 间隔 70mm 均布在装置赤道面上下±245mm 范围内 光栅调相