[发明专利]一种强场侧注入的激光吹气系统

说明书

本发明属于受控核聚变技术领域，具体涉及一种强场侧注入的激光吹气系统。本发明包括激光束、扫描机构、聚焦透镜组和靶片机构，其中，激光束由高能脉冲激光器发出，扫描机构使激光束的光斑在靶片上高速移动扫描；聚焦透镜组安装在扫描机构的腔体上，会聚激光束；靶片机构安装在托卡马克的强场侧，提供注入等离子体中杂质并保护棱镜免受污染。本发明提供一种强场侧注入的激光吹气系统，激光束经过会聚透镜组聚焦到靶片附近，经过棱镜后方向折返，光路平移，激光就从靶片的未镀膜部分入射到镀膜部分，靶片上的膜吸收激光能量后消融形成原子束后注入等离子体，达到强场侧向等离子体中注入的杂质的目的。

技术领域

本发明属于受控核聚变技术领域，具体涉及一种强场侧注入的激光吹气系统。

背景技术

在受控核聚变研究中，激光吹气是研究等离子体粒子输运的重要方法。激光吹气系统能控制注入杂质的数量，不会对等离子体的主要参数和约束品质造成严重的影响。其原理是用会聚透镜或透镜组将激光器发出的高能激光脉冲会聚到靶片上，靶片上的金属膜吸收激光能量后，温度升高并汽化形成金属原子“气体”，这些金属原子高速进入等离子体，从而实现向等离子体中注入杂质。当前受控核聚变领域中，现有的激光吹气系统都是将杂质从聚变装置的弱场侧注入等离子体，还没有从强场侧注入杂质的类似系统出现。众所周知，沿装置大半径向外的方向上，纵向磁场是逐渐减弱的，靠近等离子体内侧是强场侧，外侧是弱场侧。由于等离子体强场侧和弱场侧的磁场强弱不同，等离子体中的粒子输运、热输运等行为具有不同的特征，对等离子体中粒子分布剖面的演变有不同的作用。由此可见，开展等离子体强场侧和弱场侧杂质注入实验，研究强场侧和弱场侧等离子体的输运规律，对于理解托卡马克装置中等离子体的输运，探索排出和控制等离子体中杂质的方法，探索等离子体粒子剖面控制的方法等等有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种强场侧注入的激光吹气系统，激光束经过会聚透镜组聚焦到靶片附近，经过棱镜后方向折返，光路平移，激光就从靶片的未镀膜部分入射到镀膜部分，靶片上的膜吸收激光能量后消融形成原子束后注入等离子体，达到强场侧向等离子体中注入的杂质的目的。

本发明采用的技术方案：

一种强场侧注入的激光吹气系统，包括激光束、扫描机构、聚焦透镜组和靶片机构，其中，激光束由高能脉冲激光器发出，扫描机构使激光束的光斑在靶片上高速移动扫描；聚焦透镜组安装在扫描机构的腔体上，会聚激光束；靶片机构安装在托卡马克的强场侧，提供注入等离子体中杂质并保护棱镜免受污染。

所述扫描机构包括反射镜、X方向振镜、Y方向振镜、腔体和精密平移台，反射镜、X方向振镜、Y方向振镜固定安装在扫描机构腔体内，扫描机构腔体安装在精密平移台，精密平移台用于调节扫描机构的位置。

所述激光束经过反射镜反射后依次投射到X方向振镜和Y方向振镜上。

所述X方向振镜和Y方向振镜在控制器控制下可转动其反射面的角度，从而控制激光束的焦斑在靶片上快速移动扫描。

所述反射镜固定安装，其反射率大于95％，损伤阈值大于激光束的脉冲能量。

所述聚焦透镜组包括凹透镜、凸透镜和镜筒，镜筒安装在扫描机构腔体上，凹透镜、凸透镜安装在镜筒上。

所述激光束经Y方向振镜反射后依次经过凹透镜、凸透镜。

所述镜筒调整凹透镜和凸透镜的间距，改变聚焦透镜组的焦距，进而改变靶片上激光光斑的大小，从而调节注入等离子体的杂质数量。

所述靶片机构包括靶片、棱镜和支架，窗口玻璃安装在托卡马克的强场侧，支架安装在托卡马克的强场侧的内壁上，靶片安装在支架上，棱镜安装在靶片上。

所述棱镜为直角棱镜。

所述靶片有一半的面积镀膜，未镀膜的部分用于透射激光束并保护棱镜免受污染，镀膜部分提供注入等离子体的杂质源。