[发明专利]一种等离子体电磁特性诊断用电磁复合探针

说明书

本发明提供了一种等离子体电磁特性诊断用电磁复合探针，包括双探针对、悬浮电位探针、马赫探针对和磁探针；磁探针用于测量等离子体局域径向、极向和环向三维磁场；马赫探针对分设于磁探针两侧，并沿磁场环向布置；悬浮电位探针设于磁探针一侧，沿电场极向和径向布置；双探针对设于磁探针一侧；磁探针一侧呈阶梯状，马赫探针对的一个马赫探针和两根悬浮电位探针均位于靠近磁探针的阶梯上端面上，双探针对和第三根悬浮电位探针均位于远离磁探针的阶梯下端面上。采用本方案，可用于同时测量等离子体同一局域位置的离子饱和流、电子温度、密度、等离子体电位、径向电场、极向电场、环向马赫数、径向磁场、极向磁场和环向磁场。

技术领域

本发明涉及托卡马克磁约束核聚变实验装置边界等离子电磁诊断技术领域，具体涉及一种等离子体电磁特性诊断用电磁复合探针。

背景技术

对于磁约束聚变装置，一个最关键的问题是如何降低粒子输运和热输运，提高等离子体的约束性能，从而实现对高温(～10keV)、高密度(10¹⁴cm^-3)等离子体的长时间(≥100秒)的稳定约束。目前的研究表明，等离子体中的微观随机扰动——湍流引起的输运对磁约束聚变的约束性能有着决定性的影响。它的存在使得等离子体粒子输运和热输运水平远远高于新经典输运理论的预期，是导致约束水平难以提升的主要原因。因此对湍流输运的物理研究是磁约束核聚变的主要研究课题之一。

由于目前磁约束聚变装置体型和参数的限制，等离子体动力压强与磁压强之比，即比压较小，湍流输运的特征主要由静电效应决定，对湍流的测量和研究也主要集中在静电测量上。但在未来的国际热核聚变实验堆(ITER)中，随着比压值得增加，湍流的磁效应对输运的影响将越来越重要。因此对湍流电磁复合特性的测量将是未来研究湍流输运的基本手段。

目前对磁约束聚变装置中湍流电磁特性的测量大多是分别对静电特征和磁特征独立进行测量的，而在静电测量上采用典型的朗缪尔静电探针。

虽然这些探针能够测量等离子体中的静电特征和磁特征，但是目前的使用的复合探针或者只能测量单一的静电特征或磁特征，或对静电测量和磁测量不在相同的空间位置，它们都无法同时全面测量等离子体同一位置电磁特性。

托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈，在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，通过磁场的约束和其他加热手段将等离子体加热到很高的温度并维持必要的时间，以达到实现核聚变的目的。但在对托卡马克边界磁场和等离子体参数的测量过程中，由于其存在超高温度，对离子饱和流、电子温度、密度、等离子体电位、径向电场、极向电场、环向马赫数、径向磁场、极向磁场和环向磁场的一一测量过程，极大的增加了在核聚变实验装置上的测量时间，风险较大。且由于托卡马克边界参数存在小尺度的高频瞬态扰动，对上述参数的一一测量无法实现同一个小尺度高频瞬态扰动参数的测量。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种等离子体电磁特性诊断用电磁复合探针，采用本方案，可用于同时测量等离子体同一局域位置的离子饱和流、电子温度、密度、等离子体电位、径向电场、极向电场、环向马赫数、径向磁场、极向磁场和环向磁场，且为阶梯状布置，可同时对不同的空间位置进行测量，极大的缩小了在核聚变实验装置上的测量时间，安全性能显著提高，同时也可实现对同一个小尺度高频瞬态扰动参数的测量。

本发明采用的技术方案为：一种等离子体电磁特性诊断用电磁复合探针，应用于托卡马克磁约束核聚变实验装置上，包括双探针对、悬浮电位探针、马赫探针对和磁探针；

所述磁探针用于测量等离子体局域径向、极向和环向三维磁场；

所述马赫探针对分设于磁探针两侧，并沿磁场环向布置；

所述悬浮电位探针为三根，三根所述悬浮电位探针均设于磁探针一侧，三根所述悬浮电位探针沿电场极向和径向布置；

所述双探针对设于磁探针一侧，用于测量对地电压和等离子体饱和离子流；