[发明专利]一种应用于磁约束聚变堆装置上的杂质浓度测量方法有效

专利信息
申请号: 202010717412.2 申请日: 2020-07-23
公开(公告)号: CN111933309B 公开(公告)日: 2022-07-26
发明(设计)人: 余德良;何小斐;刘亮;陈文锦 申请(专利权)人: 核工业西南物理研究院
主分类号: G21B1/25 分类号: G21B1/25;G21B1/05
代理公司: 核工业专利中心 11007 代理人: 王婷
地址: 610041 四川*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 应用于 约束 聚变 装置 杂质 浓度 测量方法
【权利要求书】:

1.一种应用于磁约束聚变堆装置上的杂质浓度测量方法,其特征在于包括如下步骤:

步骤一:磁约束聚变装置上中性束系统注入氢或其同位素粒子到等离子体中,产生中性束发射谱和激发态的类氢离子,继而发射电荷交换复合光谱;

步骤二:通过电荷交换复合光谱系统分别测出相应光谱及相应光谱邻近波长的轫致辐射,并用轫致辐射标定电荷交换复合光谱系统;

所述相应光谱包括:电荷交换复合光谱、中性束发射谱;所述相应光谱邻近波长的轫致辐射包括:电荷交换复合光谱邻近波长的轫致辐射和中性束发射谱邻近波长的轫致辐射,并在电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体相机上分别读出;

步骤三:使用电荷交换复合光谱邻近波长的轫致辐射和中性束发射谱邻近波长的轫致辐射对电荷交换复合光谱系统进行标定,将电荷交换复合光谱与中性束发射谱进行比值,获得杂质浓度R。

2.如权利要求1所述的一种应用于磁约束聚变堆装置上的杂质浓度测量方法,其特征在于,所述步骤一中还包括:中性束注入的氢或其同位素粒子与完全电离的杂质离子发生电荷交换复合反应,得到电荷交换复合光谱;

同时,中性束注入的氢或其同位素粒子因为与等离子体相互作用而发生激发与退激发向外辐射光子,得到中性束发射谱;

类氢离子在退激发时会向外辐射的光子,称之为电荷交换复合光谱,通过电荷交换复合光谱公式(1),得到电荷交换复合光谱I杂质

其中,C杂质是电荷交换复合光谱系统测量杂质光谱的绝对标定系数、n杂质是杂质密度、n中性束为中性束密度,q电荷交换是杂质电荷交换发射系数,dl表示沿视线积分。

3.如权利要求2所述的一种应用于磁约束聚变堆装置上的杂质浓度测量方法,其特征在于:步骤一中所述中性束发射谱的计算如公式(2)所示:

其中,C中性束是电荷交换复合光谱系统测量中性束发射谱的绝对标定系数、n电子是电子密度、n中性束为中性束密度,q中性束是中性束发射谱的发射系数,dl表示沿视线积分。

4.如权利要求3所述的一种应用于磁约束聚变堆装置上的杂质浓度测量方法,其特征在于:所述电荷交换复合光谱系统由来源于聚变堆装置中等离子体发射的轫致辐射来标定。

5.如权利要求4所述的一种应用于磁约束聚变堆装置上的杂质浓度测量方法,其特征在于:步骤三中所述杂质浓度R的计算,如公式(3)所示:

其中,标定系数的比值通过杂质光谱邻近波长的轫致辐射和中性束发射谱邻近波长的轫致辐射计数比值得到,即采用二者附近轫致辐射光谱强度进行标定。

6.如权利要求5所述的一种应用于磁约束聚变堆装置上的杂质浓度测量方法,其特征在于:所述步骤三公式(3)中的比值通过电荷交换复合光谱和中性束发射谱计数比值得出;通过现有的原子分子反应截面数据库得出。

7.如权利要求6所述的一种应用于磁约束聚变堆装置上的杂质浓度测量方法,其特征在于:所述步骤三中还包括:电荷交换复合光谱与中性束发射谱进行比值后得到,电荷交换复合光谱与电荷交换复合光谱邻近波长的轫致辐射之间波长差小,同理,中性束发射谱与中性束发射谱邻近波长的轫致辐射间波长差也小,因此两者在通过光路时衰减的差异可忽略;

因此,杂质的电荷交换复合后的光谱、中性束发射谱的相对标定完全可以利用相应谱段轫致辐射强度来完成,同时电荷交换复合光谱、中性束发射谱附近的轫致辐射是在实验过程中同步被测量。

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