[发明专利]一种基于双光电探测器的热辐射诊断系统和方法

说明书

本发明涉及一种基于双光电探测器的热辐射诊断系统和方法，包括双光电探测模块、光电流前置放大模块、接口传输模块和采集处理模块；双光电探测模块获取双探测光电流信号序列；光电流前置放大模块将双探测光电流信号序列转换为双探测电压信号序列；采集处理模块根据双探测电压信号序列得到探测信号比值序列；对待诊断等离子体进行热辐射仿真，得到修正系数函数关系；根据修正系数函数关系和探测信号比值序列，得到修正系数值序列；并根据修正系数值序列进行修正，得到热辐射诊断值序列。本发明能满足不同等离子体电子温度下的热辐射量的测量，能在保证测量精度的同时还具有良好的时间分辨率，极其适用于微秒量级的快辐射行为。

技术领域

本发明涉及磁约束核聚变装置的等离子体诊断技术领域，尤其涉及一种基于双光电探测器的热辐射诊断系统和方法。

背景技术

聚变能是一种高效、储量丰富、清洁和安全的新能源，实现受控核聚变是解决人类能源危机的一个重要选择。为解决受控核聚变面临的高能和约束问题，一种基于场反位形(Field-Reversed Configuration,FRC)的磁惯性约束磁化靶聚变方案在国内外受到了广泛的研究。不同于常见的托卡马克装置，场反位形无环向磁场仅含极向磁场，具有开放的磁力线，避免了托卡马克装置中的不稳定性和破裂问题；具有高β值，能够实现在较小的聚变装置中实现更高的聚变功率密度和约束，经济成本较低；具有天然的偏滤器室，通过开放的磁场结构排出聚变产物氦灰。

然而，由于场反等离子体是光学薄的，并不能完全吸收等离子体热辐射。受限于目前的约束手段，国内外已实现的场反等离子体参数仅能达到电子温度20～500eV，寿命0.01～1ms。在这种参数条件下热辐射测量面临着两大挑战：一是约束时间较短导致的快速热辐射行为；二是等离子电子温度同托卡马克装置的边界或偏滤器室温度相近，此时等离子体热辐射主要集中在10～200eV这一光子能量较低的真空紫外波段。目前，在各类聚变装置中常用的金属薄膜电阻辐射热计受限于响应单元间的温度传导速度，仅能实现20μs～2ms的时间分辨率，无法分辨场反等离子体的快速辐射行为。在FRC和托卡马克装置中常用于观测快速热辐射行为的AXUV硅光电二极管虽能提供至少500ns的时间分辨率，但受限于其在真空紫外波段的特殊设计，当入射光子能量小于200eV时，AXUV的响应度随接收到的光子能量变化明显，无法真实地反映等离子体热辐射的实际情况。上述因素导致了在FRC装置中热辐射测量的困难性，在等离子体参数较低的FRC装置中采用传统的测量方案将导致较大的测量误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于双光电探测器的热辐射诊断系统和方法，能满足不同等离子体电子温度下的热辐射量的测量，针对小于100eV的低电子温度区域内的热辐射测量，能在保证测量精度的同时还具有良好的时间分辨率，极其适用于微秒量级的快辐射行为。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于双光电探测器的热辐射诊断系统，包括双光电探测模块、光电流前置放大模块、接口传输模块和采集处理模块；

所述双光电探测模块依次通过所述光电流前置放大模块和所述接口传输模块与所述采集处理模块电连接；

所述双光电探测模块用于获取待诊断等离子体的双探测光电流信号序列；

所述光电流前置放大模块用于将所述双探测光电流信号序列转换为双探测电压信号序列；

所述接口传输模块用于将所述双探测电压信号序列发送至所述采集处理模块；

所述采集处理模块用于根据所述双探测电压信号序列得到探测信号比值序列；对所述待诊断等离子体进行热辐射仿真，得到所述待诊断等离子体的修正系数函数关系；根据所述修正系数函数关系和所述探测信号比值序列，得到所述待诊断等离子体的修正系数值序列；根据所述修正系数值序列对所述双探测电压信号序列进行修正，得到所述待诊断等离子体的热辐射诊断值序列。