[发明专利]用于确定超热电子的局部发射率分布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于根据由硬X射线(HXR)诊断得到的测量数据来确定超热电子(SE)的局部发射率分布的方法。

更具体地，本发明涉及一种用于确定特别适于时间约束的超热电子的局部发射率分布并利用Abel反演技术和几何数据来执行线积分HXR测量值的反演的实时处理。“实时”概念涉及在小于或等于成熟的物理方法(该物理方法在本发明的范围内)的主要特征时间的时标(time scale)上的数据采集和相关处理，该主要特征时间与HXR局部发射率分布的扩散时间(十分之几ms)相关。

根据本发明的方法的主要应用是分布的实时控制，该实时控制对磁聚焦聚变等离子体的全局约束(global confinement)和性能产生直接和重要的影响。

背景技术

现在，取代污染环境并且只能利用几十年的陈旧选择，受控的核聚变似乎是用于制造无污染的、几乎无限的能源的最优选择。

它的原理简单，与发生在太阳中的机制相同，以在被称作Tokamak的机器中最终再生为目的。通过强磁场和几百万安培的强电流的结合作用而被强约束的在非常高的温度处电离的气环(被称作等离子体)在其中心进行生成中子的氚化氘聚变反应，该中子传送能量：这是Tokamak的理论基础。

聚变装置的物理和技术约束的最优化引出了“先进Tokamak”概念的定义。它与提供固定的改进约束模式一致，其中，是以非感应方式生成电流总量(由自动生成的等离子体自举电流给定大部分电流)。这种“先进Tokamak”模式的实现需要控制电流密度分布的能力，电流密度分布仅可以借助于其他的非感应电流(non-inductive current)生成方法来得到。在已知的关于Tokamak的各种方法中，大功率电磁波的注入构成了用于在等离子体中生成附加非感应电流的理想选择。由于这个原因，能够控制混合型波的功率沉积分布是关键，这是当前用于生成附加电流的最有效方法。借助于光谱测定HXR诊断，在Tokamak Tore Supra(TS)中研究这种波的传播和吸收。测量由混合型波加速的SE在HXR范围内发射的辐射是获得关于波功率沉积分布的信息的最有效方法。在1996年1月，该事实判定在TS中具有极好的空间和时间分辨率的光谱测定的新HXR诊断设备中是合适的，该设备特别适于研究在长周期上的电流分布的控制(见参考文献[1])。光谱测定系统包括分布在2个相机内的59个检测器，其中，一个相机水平设置，而另一垂直设置，从而通过使等离子体的截面与斜率大不相同的检测器的视线相交，使其能够增大测量的空间冗余。该诊断法测量沿着每条视线积分的等离子体发射率，其主要目的在于根据原始的积分测量结果来确定等离子体发射率的径向分布。这可以通过传统Abel反演法在一定假设条件下来实现。

图1示出了Tore Supra真空管V以及HXR诊断的环形等离子体CP和视线L(弦)的实例的截面图。图1所示的结构包括两个相机1a、1b、以及环形等离子体CP位于其中的管V。相机1a是具有2 1条视线L的垂直相机，而相机1b是具有38条视线L的水平相机。该结构并不是唯一可能的结构。例如，这些相机可以交换它们的位置，或者可以在剖面的框架中改变它们的相对位置，或者也可以只使用一个相机。当由等离子体发射的光子撞击置于相机中的检测器时，这些光子释放其全部或部分能量。在那时释放的能量被转换为脉冲。检测器由镉碲(CdTe)半导体制成。是通过专门对CdTe进行最优化的处理电子通路来实现对来自检测器的脉冲的处理。图2示出了根据现有技术的这种处理电子通路。

处理电子通路包括相机1、接收结构2、偏振电路3、电源电路4、校准电路5、处理电路6、以及数据存储单元7。开关8将接收结构2的输出连接至处理电路6的输入(在测量阶段中)或者将其连接至校准电路5的输入(在校准阶段中)。相机1包括基于CdTe半导体的检测器9、前置放大器10、以及微分发射器(differentialemitter)11。接收结构2包括微分接收机12和线性放大器13。例如，偏振电路3利用等于-100V的偏振电压来使检测器偏振。电源电路4将电能提供给相机1的电子电路10和11、以及接收结构2的12和13，例如，使用+/-12V，40mA的电源。处理电路6包括一组鉴别器D1～D8、一组计数器C1～C8、以及数据采集单元14。