應用于托卡馬克裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于磁約束等離子體診斷領域，具體涉及一種基于偏振片和光譜儀的應用于托卡馬克裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)。它包括4個光學準直透鏡、4個偏振片、光纖、光譜儀、CCD相機和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，4個光學準直透鏡通過光纖連接光譜儀，光譜儀與CCD相機連接，CCD相機與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)連接，每個光學準直透鏡前設置有一個偏振片。本實用新型的優(yōu)點是，系統(tǒng)的可靠性好，測量精度也非常高，既適用于等離子體磁場偏轉角的測量，也適用于其他線偏振光偏振方向的高精度測量。
【專利說明】應用于托卡馬克裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于磁約束等離子體診斷領域，具體涉及一種基于偏振片和光譜儀的磁場傾斜角的測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在受控核聚變實驗研究中，用于約束等離子體的磁約束裝置主要是托卡馬克(或仿星器)裝置。由于等離子體的飄移，單純依賴縱場是不可能實現(xiàn)帶電粒子的約束的；因此必須引入一個極向磁場，使總場形成一種螺旋狀的結構。這樣粒子在等離子中的漂移方向將隨著時間的變化而變化，從而總的漂移相互抵消，達到粒子被磁場較好地約束的目的。
[0003]托卡馬克放電中的安全因子或電流密度分布對等離子體輸運過程、MHD穩(wěn)定性及能量約束有很大影響，在等離子體平衡與不穩(wěn)定性理論模擬研究中起著關鍵作用，是理解托卡馬克放電中許多物理現(xiàn)象(如等離子體鋸齒行為，輸運壘的形成，新經(jīng)典撕裂模等)的一個重要參量。通過測量等離子體中電流密度分布并對其進行反饋控制，可以對等離子體分布與約束特性進行主動控制，從而實現(xiàn)高性能托卡馬克放電。
[0004]要想推算出安全因子與電流密度分布，就必須測量出在每個磁面上磁場傾角，即沿徑向分布的磁場傾角。由于磁場傾角的信息可以從對應斯塔克光束中的線偏振光推算出，所以能否正確且有效地探測束發(fā)射光譜的偏振方向是該專利的關鍵所在。
[0005]目前，測量線偏振光的偏振方向的主要方法有檢偏儀和偏振態(tài)測量儀等。檢偏儀主要由偏振片組成，它的結構簡單，但其精度非常低，無法高速地對托卡馬克裝置上的磁場偏轉角度進行測量；而偏振態(tài)測量儀對輸入偏振光的功率要求較高(至少需要nW級)，而且在檢測精度以及光譜分辨上均無法滿足托卡馬克裝置上磁場偏轉角的測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種應用于托卡馬克裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)，它能夠突破普通的偏振態(tài)測量儀對測量低功率的部分線偏振光受到的限制，并可以高速地測量低于InW功率的部分線偏振光的偏振角。
[0007]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，應用于托卡馬克裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)，它包括4個光學準直透鏡、4個偏振片、光纖、光譜儀、CCD相機和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，4個光學準直透鏡通過光纖連接光譜儀，光譜儀與CXD相機連接，CXD相機與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)連接，每個光學準直透鏡前設置有一個偏振片。
[0008]CXD相機采用的最低輸入光功率為0.1nW。
[0009]四個偏振片的透振方向與水平方向的夾角分別為O、31 /4、Ji /2以及3 /4。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點是，系統(tǒng)的可靠性好，測量精度也非常高，既適用于等離子體磁場偏轉角的測量，也適用于其他線偏振光偏振方向的高精度測量。
【專利附圖】

【附圖說明】[0011]圖1為本發(fā)明所提供的應用于托卡馬克裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)的構成方框圖；
[0012]圖2是本發(fā)明所提供的應用于托卡馬克裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖中，I聚變等離子體，2中性束注入系統(tǒng)，3中性束發(fā)射光束，4偏振片，5光學準直透鏡，6光纖，7光譜儀，8CXD相機，9數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細介紹:
[0015]如圖1和2所示,應用于托卡馬克裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)包括4個光學準直透鏡5、4個偏振片4、光纖6、光譜儀7、CCD相機8和數(shù)據(jù)米集控制系統(tǒng)9。進行光電轉換的CCD相機8米用的最低輸入光功率為0.1nW。可以克服由于弱磁場或中性束注入功率不高導致的弱斯塔克效應。
[0016]其中，4個光學準直透鏡5通過光纖6連接光譜儀7，光譜儀7與CXD相機8連接，CCD相機8與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)9連接，每個光學準直透鏡5前設置有一個偏振片4。四個偏振片的透振方向與水平方向的夾角分別為O、π/4、π/2以及3π/4。偏振光透過四片偏振片，利用馬呂斯定律，可求出偏振光的偏振方向。
[0017]如圖2所示，當中性束注入到聚變等離子體I中，中性束與等離子體相互作用，發(fā)出帶有與磁場傾角信息的斯塔 克偏振光束3,該偏振光經(jīng)過偏振片4,通過光學準直透鏡5收集之后由光纖6傳輸至實驗室，再由光譜儀7進行分光，之后在CXD相機8上成像并進行光電轉換，通過數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)9進行數(shù)據(jù)采集和存儲。
[0018]使用本發(fā)明所述的測量系統(tǒng)，系統(tǒng)的可靠性好，測量精度也非常高，既適用于等離子體磁場偏轉角的測量，也適用于其他線偏振光偏振方向的高精度測量。
[0019]使用本發(fā)明所述的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)，經(jīng)標準光源和偏振片輸出線偏振光，根據(jù)CCD相機測得透過不同偏振片的偏振光的強度比，就可根據(jù)公式
、 Ι{3π/4,λ)~Ι(π/4,λ)
[0020]tan(2y) = \:

I (τι / λ) — I (Or, λ)
[0021]得到非完全線偏振光與水平面的夾角，從而完成系統(tǒng)的標定工作。上式中O、31 /4、31/2以及3 31/4指偏振片的透振方向與水平方向的夾角。
【權利要求】
1.應用于托卡馬克裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)，它包括4個光學準直透鏡(5)、4個偏振片(4)、光纖(6)、光譜儀(7)、C⑶相機(8)和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)(9)，其特征在于:4個光學準直透鏡(5)通過光纖(6)連接光譜儀(7)，光譜儀(7)與CXD相機(8)連接，CXD相機(8 )與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)(9 )連接，每個光學準直透鏡(5 )前設置有一個偏振片(4 )。
2.如權利要求1所述的應用于托卡馬克裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)，其特征在于:(XD相機(8)采用的最低輸入光功率為0.1nW。
3.如權利要求1所述的應用于托卡馬克裝置的高精度磁場傾斜角測量系統(tǒng)，其特征在于:四個偏振片的透振方向與水平方向的夾角分別為O、π/4、π/2以及3π/4。
【文檔編號】G01R33/032GK203572949SQ201320759413
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權日:2013年11月26日
【發(fā)明者】余德良, 魏彥玲, 劉亮, 陳文錦 申請人:核工業(yè)西南物理研究院