Измерение плотности плазмы токамака «мифист» с помощью гетеродинного интерферометра
Введение
В настоящий момент проводится множество исследований свойств высокотемпературной плазмы и измерений ее характеристик. Токамаки – установки, разработанные для удержания плазмы во время ее исследования. Лидерами в области на данный момент являются установки JET[1], ASDEX Upgrade[2], WEST[3]. При этом ожидается, что первый термоядерный синтез с положительным выходом по энергии будет осуществлен на установке ITER[4].
Существующие модели поведения плазмы должны быть уточнены и проверены экспериментально. Для этого необходимо проводить одновременный контроль и измерение таких параметров плазмы, как плотность и температура плазмы, положение плазменного шнура, содержание примесей в плазме, влияние впрыска дополнительного топлива на стабильность плазмы и прочее. Но внесение каких-либо измерительных приборов или зондов в долгоживущую высокотемпературную плазму невозможно, поэтому для измерения используются дистанционные оптические методы.
Оглавление
1Введение2
2Основные оптические схемы интерферометров, применяемые в диагностике плазмы.5
3Классификация дистанционных методов измерения плотности плазмы8
3.1По способу регистрации9
3.1.1Интерферометрия с визуализацией поля излучения9
3.1.2Интерферометрия с фотоэлектрическим смешением9
3.2По количеству лучей10
3.2.1Двухлучевые интерферометры10
3.2.2Многолучевые интерферометры11
3.3Двулучевые интерферометры с фотоэлектрическим смешением13
3.3.1Гомодинный интерферометр с квадратурной системой регистрации13
3.3.2Дисперсионный интерферометр15
3.3.3Гомодинный интерферометр с дифференциальной схемой регистрации16
3.3.4Гетеродинный интерферометр18
4Описание установки20
4.1Установка интерферометра на токамаке22
4.2Схема интерферометра на токамаке24
5Оценка точности интерферометра26
5.1Теоретическая оценка точности гетеродинных измерений26
5.2Испытания гетеродинного интерферометра на оптическом столе.27
5.3Система обработки сигналов31
6Заключение35
7Список литературы36
Список литературы
[1]V. A. Krasilnikov и др., «APPLICATION OF DIGITAL DIAMOND FAST CHARGE-EXCHANGE ATOMS SPECTROMETER AT JET TOKAMAK», Probl. At. Sci. Technol. Ser Thermonucl. Fusion, т. 35, вып. 4, сс. 97–102, 2012, doi: 10.21517/0202-3822-2012-35-4-97-102.
[2]«3.pdf». Просмотрено: 4 март 2023 г. [Онлайн]. Доступно на: http://vant.iterru.ru/vant_2009_4/3.pdf
[3]JSC «SRC of RF Troitsk Institute for Innovation and Fusion Research», A. O. Kovalev, D. V. Portnov, Project Center ITER, Yu. A. Kashchuk, и Project Center ITER, «EVALUATION OF THE ITER PLASMA PARAMETERS DYNAMICS IMPACT ON NEUTRON FLUX MONITOR DATA», Probl. At. Sci. Technol. Ser Thermonucl. Fusion, т. 42, вып. 3, сс. 64–73, 2019, doi: 10.21517/0202-3822-2019-42-3-64-73.
[4]A. Lizunov, P. Bagryansky, A. Khilchenko, Y. V. Kovalenko, и A. Solomakhin, «Development of a Multi-channel Dispersion Interferometer at TEXTORa».
[5]А. П. Кузнецов, «ЛАЗЕРНАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ В ДИАГНОСТИКЕ ИМПУЛЬСНОЙ ПЛАЗМЫ», Докторская Диссертация Москва, 2012.
[6]«Smith III R. S., Dogget W. O. High sensitivity or streak mode interferometer for pulsed plasma diagnostics // Rev. Sci. Instrum. 1985. V. 56. №3 Р. 355.».
[7]«Скоков И. В. Многолучевые интерферометры в измерительной технике. – Москва, 1989.».
[8]«Dooling J. C., York T. M. Fractional fringe Fabry–Perot interferometer diagnostic for low‐density plasmas //Review of scientific instruments. – 1986. – Т. 57. – №. 6. – С. 1090-1094.».
[9]H. Singh и J. S. Sirkis, «Direct extraction of phase gradients from Fourier-transform and phase-step fringe patterns», Appl. Opt., т. 33, вып. 22, сс. 5016–5020, авг. 1994, doi: 10.1364/AO.33.005016.
[10]V. P. Drachev, Y. I. Krasnikov, и P. A. Bagryansky, «Dispersion interferometer for controlled fusion devices», Rev. Sci. Instrum., т. 64, вып. 4, с. 1010, июн. 1998, doi: 10.1063/1.1144170.
[11]NRC «Kurchatov Institute» и др., «WORKING AREA OF THE MEPHIST TOKAMAK: PRELIMINAR ESTIMATION», Probl. At. Sci. Technol. Ser Thermon
Интерференционная картина в многолучевом интерферометре формируется за счет когерентного сложения большого числа лучей при их многократном отражении от зеркал интерферометра.
Данный тип интерферометров используется для измерения плазмы низкой плотности[8], но ввиду большого кол-ва проходов склонен к накоплению ошибки из-за вибрации зеркал, пропорционально число проходов. Это вводит дополнительные сложности при использовании данного типа интерферометров.
Основным недостатком схем с визуализацией поля излучения является низкое время обработки интерферограмм, что увеличивает время реакции системы и усложняет процедуру формирования сигнала обратной связи для индуктора токамака. Двулучевые интерферометры с фотоэлектрическим смешениемГомодинный интерферометр с квадратурной системой регистрацииОсновная идея квадратурных интерферометров сводится к использованию двух интерференционных сигналов, сдвинутых друг относительно друга на четверть периода.