[发明专利]核聚变装置的原子反应定量诊断方法及系统

说明书

本发明涉及核聚变装置的原子反应定量诊断方法和系统，核聚变装置的原子反应定量诊断方法，对核聚变装置中边缘和偏滤器区域等离子体的原子反应过程进行定量测量，包括以下操作：划定待测量目标空间；获取该选定二维空间区域的双光谱谱线信息；根据获取的双光谱谱线信息，采用层析反演迭代计算得到双光谱辐射在待测量目标空间的辐射强度；根据辐射强度比值确定选定二维空间区域的原子反应特性，根据选定二维空间区域的原子反应特性以及辐射强度或光子数定量确定原子反应数目。本诊断方法可以给出核聚变装置边缘或偏滤器区域空间的原子反应特征和数量及其空间分布，能同时分析多种原子反过程，具有被测空间区域大、高空间分辨和高时间分辨的特点。

技术领域

本发明属于核聚变等离子体测量技术领域，具体涉及一种核聚变等离子体物理研究装置上对等离子体的原子反应进行定量测量，尤其涉及一种核聚变装置的原子反应定量诊断方法和系统。

背景技术

在核聚变研究装置中，边缘和偏滤器区域的等离子体包含多种原子分子反应过程，包括电离反应、辐射复合反应、三体复合反应、电荷交换反应、分子离解反应等等，原子反应过程对等离子体中的粒子平衡是非常重要的。同时，对于分析核聚变装置偏滤器脱靶物理过程以及进行装置运行过程中的热负荷控制是极为必要和关键的。另外，在边缘等离子体和偏滤器等离子体区域，由于等离子体温度和密度的急剧变化，在不同空间区域内的原子反应过程和数量差异巨大，必须找到一种诊断系统和方法，能够同时对核聚变装置中边缘和偏滤器区域的二维空间内等离子体的原子反应过程进行定量测量。而目前，尚无有效的系统和方法能够实现对核聚变装置上广泛二维空间区域的原子反应进行定量诊断。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核聚变等离子体物理研究装置上对等离子体的原子反应进行定量测量的方法及系统，通过双光谱和层析反演，得到核聚变装置中边缘和偏滤器区域的二维空间内等离子体的原子反应特性，从而即可定量给出二维等离子体空间区域的原子反应数量和分布。

本发明的第一方面提供了核聚变装置的原子反应定量诊断方法，用于对核聚变装置中边缘和偏滤器区域的二维空间内等离子体的原子反应过程进行定量测量，该原子反应定量诊断方法包括以下操作：

确定核聚变装置中选定二维空间区域，并划定选定二维空间区域中的待测量目标空间；获取该选定二维空间区域的双光谱谱线信息，该双光谱谱线信息包括不同光谱绝对强度；根据获取的双光谱谱线信息，采用层析反演迭代计算得到双光谱辐射在待测量目标空间的辐射强度(光子数)；根据辐射强度比值确定待测量目标空间的原子反应特性，根据待测量目标空间的原子反应特性以及辐射强度或光子数定量确定原子反应数目。

在核聚变装置中边缘和偏滤器区域，发射光谱可以看成是用于分析原子反应过程的重要手段。随着电子轨道有效尺寸的增加，高量子数n的电子参与三体碰撞的可能性迅速增加，而发生自发的辐射反应的可能性迅速减小。因此，可发现高量子数n的发射光谱与电子离子复合反应相关，它是三体复合反应的直接标志。通常，由分子受激复合反应产生的中性粒子的电子能级较低(主量子数n5)，而三体复合反应产生的中性粒子通常处于高能级状态(n≥5)，本方法即利用双光谱和层析反演，利用核聚变燃料(氢及其同位素)的发射谱的不同光谱差异，例如光谱的绝对强度差异的比值，来确定空间区域的原子反应特性，该反应特性比如是复合反应主导还是电离反应为主，从而定量给出二维等离子体空间区域的原子反应数量和分布。本诊断系统和方法的优点在于可以给出核聚变装置边缘或偏滤器区域空间的原子反应特征和数量及其空间分布，能同时分析多种原子反过程，具有被测空间区域大、高空间分辨和高时间分辨的特点。

在一些可行的实施例中，获取该选定二维空间区域的双光谱谱线信息包括：

采用两面阵型CCD探测器对所述选定二维空间区域进行测量，且两面阵型CCD探测器的像素序列对应同一空间位置，即指两个面阵型CCD探测器的像素序列一一对应，且两者对应同一测量的空间位置。

在一些可行的实施例中，所述根据获取的双光谱谱线信息，采用层析反演迭代计算得到双光谱辐射在待测量目标空间的辐射强度包括：