CO2相干湯姆遜小角激光散射診斷介紹

1、李亞?wèn)|、李建剛、毛劍珊 OHBEAMS1050KWELECTRONSIONb-I 570KWB-I 430kW50KWfast-ion charge exchange60KW100KW470KW40kw390Kw20kw40kwradiationThermalconvectionThermalconductionInternal disruption370kwCharge exchangeThermalconvectionThermalconduction托卡馬克裝置能量流動(dòng)圖托卡馬克裝置能量流動(dòng)圖(ISX-B) 低頻密度微漲落首先由Mazzuato用微波相干散射方法于1976年在ATC上發(fā)現(xiàn)

2、、隨后Surko和slusher用co2激光相干散射的方法在ATC也發(fā)現(xiàn)了寬頻、小尺度的密度漲落，實(shí)驗(yàn)證明反常的電子能量損失過(guò)程是小尺度、擴(kuò)散類型的過(guò)程。微漲落的幅度通常用混合長(zhǎng)度來(lái)估計(jì)（盡管并不完全正確）。微漲落由線性增長(zhǎng)、非線性增長(zhǎng)、達(dá)到飽和。相對(duì)密度漲落1/Ln稱為混合長(zhǎng)度估計(jì)，在這種情況下，一般認(rèn)為密度擾動(dòng)發(fā)展的足夠大，能在小范范圍內(nèi)抹平初始的密度梯度，它是漂移波自由能的源泉。或者說(shuō)擾動(dòng)的EB漂移速度等于電子的逆磁漂移速度。達(dá)到飽和的湍流將由離子、電子康普頓效應(yīng)、或與高階MHD作用等過(guò)程將能量轉(zhuǎn)移出去，因此微湍流并不導(dǎo)致等離子體的宏觀變化、僅僅產(chǎn)生反常輸運(yùn)。Ln=-(d(lnn)/dr

3、)-1在托卡馬克邊界為1幾厘米，在芯部可達(dá)近無(wú)窮大。在邊界一般為13cm-1而在芯部一般為310cm-1，因此1/Ln在托卡馬克等離子體中心很小，相對(duì)密度漲落值中心一般為0.11%，邊界為10100%。密度微漲落的一般尺度、特點(diǎn)激光相干散射診斷信號(hào)的特點(diǎn)電磁波相干散射的散射截面為=0S(k,w)0=(e2/mc2)2-thomson cr0ss-section S(k,w)=limv 2/VT ne（k,w）2 T k=ks - ki w=ws -w i = (2)-4S(k.w)dk dw k譜為 (2)-1 S(k.w)dw。在七十年代中期至八十中期，認(rèn)為Kr,K可比。 K在小環(huán)截面認(rèn)為是

4、相同性的。但 K K 。隨著一批中型托卡馬克的建立，診斷技術(shù)的提高，八十年代中期以后，人們發(fā)現(xiàn)Kr,K并不可比，因而不在認(rèn)為K 在小環(huán)截面的相同性。 頻譜為 (2)-3 S(k.w)d k 頻譜一般分為寬譜、窄譜。并且含有由于等離子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的頻移。寬譜認(rèn)為各不相關(guān) K模的相互耦合作用，使頻譜展寬。www*e w*e = KCT e /(eBLn) -電子逆磁漂移頻率 寬譜的型狀在各裝置、及各裝置的不同位置都不相同。早期的實(shí)驗(yàn)根據(jù)有關(guān)的輸運(yùn)模型，用高斯和洛侖茲線型做為比較。隨著裝置的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)差別越來(lái)越大，現(xiàn)在用的越來(lái)越少。但寬譜的幅值與裝置的約束改善還是存在一定的聯(lián)系。窄譜根據(jù)其譜的窄度，認(rèn)為

5、各k模相關(guān)、或部分相關(guān)。H模、ITB、QDB等都在等離子內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了相干模-窄譜。窄譜一般認(rèn)為反應(yīng)了湍流結(jié)構(gòu)的變化。這對(duì)研究托卡馬先進(jìn)運(yùn)行模式是十分重要的。 頻譜的研究可獲取能量輸運(yùn)的信息。例如內(nèi)部等離子體湍流的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)湍流一般不與低階MHD相關(guān)，但與高階MHD相關(guān)，由高階MHD在邊界的區(qū)域性可知，內(nèi)部等離子體湍流與輸運(yùn)與邊界因素密切相關(guān)，托卡馬克等離子體內(nèi)部各模的相關(guān)、各漲落量的相關(guān)是一個(gè)十分大的課題。托卡馬克密度漲落、約束改善及剖面梯度量分布的聯(lián)系 密度漲落的頻譜在托卡馬克的內(nèi)外則是不同的，在外側(cè)一般是寬譜，寬譜的形狀各裝置的發(fā)現(xiàn)并不一致，在托卡馬克裝置內(nèi)側(cè)，其頻譜還有一定的相似性。并可用高

6、斯或洛侖茲線型擬合，但結(jié)果并不滿意，一般試圖用通行粒子和束縛粒子來(lái)解釋內(nèi)外側(cè)頻譜的差異，當(dāng)然還有別的因素。密度漲落的頻譜在托卡馬克裝置上下的幅值并不相同，在有的裝置上曾發(fā)現(xiàn)二者有十幾倍的差異。托卡馬克裝置等離子體小環(huán)和大環(huán)的不對(duì)稱性及其變化規(guī)律的問(wèn)題是實(shí)驗(yàn)物理的重要內(nèi)容。對(duì)于密度漲落的寬譜，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)漲落幅值的減小，對(duì)應(yīng)著托卡馬克等離子體約束的改善，即e提高，這一般發(fā)生在eqe，即電子主導(dǎo)區(qū)域。對(duì)于密度漲落的窄譜，這個(gè)關(guān)系并不存在，例如在ITB期間，密度漲落的幅值變大，但頻譜變窄?？梢赃@樣理解，密度漲落的窄譜(部分相干譜)對(duì)應(yīng)于湍流的結(jié)構(gòu)，而湍流的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于托卡馬克剖面梯度量分布的線型。因此托卡

7、馬克剖面梯度量分布的線型決定了輸運(yùn)，也決定了湍流的性質(zhì)。 托卡馬克裝置等離子體的輸運(yùn)一般分為 q 1芯部區(qū) q =1 0.8 邊界區(qū)Berlizov et al concluded that the the anomalous conductivity was determined by three different mechanisms in three distinct zones of the plasma for q 1. Probably convective transport form the m=1 interal disruption dominates for the m

8、ain gradient regions between the q=1and q=2 surface . The inferred conductivity has its lowest values q 2 the inferred conductive rise dramatically and may be related to MHD activity associated with the q=2 surface which leads to convective transport 從八十年代到九十年代初期，關(guān)于托卡馬克等離子體內(nèi)部湍流和輸運(yùn)的實(shí)驗(yàn)研究表明，尋找普遍的適用的二者聯(lián)

9、系是不成熟的。instead we will have to rely on testing various models, being careful that spatial asymmetries are look for and if present accounted for. because an understanding of the turbulence implies that we have a model to explain it. There are three reasons make us say so: fist comes the problem of po

10、ssible geometric asymmetries, neither a point nor a line of sight measurement of a fluctuating quantity is adequate.second comes the choice of applicable turbulence regime flux（ ）2 （ ）1 or（ ）0 in quasilinear、strong turbulence and stochastic regimes has been proposed however we should be able to dist

11、inguish which is the applicable regime from the measurement of the turbulence microstructure itself. Third other varying plasma parameters ( such as Te) appear in the relationship between a flux or transport coefficient and a fluctuation level 托卡馬克等離子體內(nèi)部的湍流和輸運(yùn)nn /nn/nn / CO2LaserprobeBlockBeam split

12、terPlasmaK=730cm-1Focalize LensesFocalize LensesCO2 laserplasmaHe-Ne LaserdetectorPower supplyBlockGeZnSereflectorFocalize LensesImaging mirror Ge 鉬反射鏡布氏窗水冷水冷流動(dòng)工作氣體流動(dòng)工作氣體ZnSe輸出鏡鎳電極鎳電極能量輸出10w模式 TEM00線偏振輸出HgCrTe probepreamplifierHigh passerAmplifierFilterComputerLong line transport雜質(zhì)逐漸增加條件下芯部密度漲落監(jiān)測(cè)雜質(zhì)逐

13、漸增加條件下芯部密度漲落監(jiān)測(cè) 芯部漲落幅值與密度相關(guān)聯(lián)(無(wú)破裂及強(qiáng)MHD),頻譜線寬與溫度相關(guān)，與軟x輻射強(qiáng)度相關(guān)，當(dāng)石墨探針逐漸伸入等離子體、碳含量逐漸增加，雜質(zhì)輻射增強(qiáng)，等離子體溫度下降，頻譜線寬逐漸變窄、高頻成份逐漸降低！K=12 cm-160842原始信號(hào)60842炮FFT變換結(jié)果Shot60843FFT變換結(jié)果Shot60844 FFT變換結(jié)果60842 傅氏變換結(jié)果 680880ms60843 傅氏變換結(jié)果 680880ms60844 傅氏變換結(jié)果 680880ms密度漲落頻譜的寬度般認(rèn)為反映了湍流的驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)度，溫度升高，頻譜加寬，頻譜的高頻成份增加 。托卡馬克約束改善的本質(zhì)就是減

14、少湍流的驅(qū)動(dòng)力，減少反常輸運(yùn)的能量損失。因此、無(wú)論是H模、還是ITB模期間，相應(yīng)的頻譜寬度都變窄。而密度漲落的幅值并不一定變小，下面60836、60837兩炮在550850ms期間可能存在模式的變化。K=12 cm-1MHD幅值與芯部密度漲落的關(guān)聯(lián)一般認(rèn)為反常輸運(yùn)與高階MHD相關(guān)，高階MHD存在于托卡馬克外層等離子體或邊界，低幅值的MHD與芯部關(guān)聯(lián)不大，高幅值MHD可導(dǎo)致破裂，但高幅值MHD與芯部密度漲落關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究文章我未見過(guò)，邊界與芯部漲落、漲落的低頻(MHD)與高頻(相對(duì))之間的關(guān)系。這是十分有意思的研究課題。本輪實(shí)驗(yàn)觀察的許多炮發(fā)現(xiàn)低幅值MHD與芯部密度漲落之間并無(wú)直接的關(guān)聯(lián)。Shot 60861是充分發(fā)展的MHD振蕩,芯部密度漲落信號(hào)分析二者有關(guān)聯(lián),但頻譜的波段顯然不同。電流爬坡實(shí)驗(yàn)及相應(yīng)的現(xiàn)象在密度不變的條件下，電流爬升可產(chǎn)生（1）等離子體加熱，（2）模式轉(zhuǎn)換（3）其它物理現(xiàn)象 60873炮在初期有明顯的加熱效應(yīng)，頻譜逐漸加寬。隨著一個(gè)未知的5090kHz擾動(dòng)的產(chǎn)生（280630ms），加熱效應(yīng)結(jié)束。隨著擾動(dòng)的終結(jié)，鋸齒振蕩開始產(chǎn)生。這個(gè)擾動(dòng)是什么？ CO2相干激光散射儀經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)的摸索和實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)、證明