基于谱分裂间隔的运动斯塔克效应诊断技术研究

Measurement of the plasma current is essential for the investigation of plasma equilibrium, transport properties and stability in magnetic confinement devices. The MSE line polarization has been the most successful technique to date to determine the internal magnetic field. Nevertheless, the light polarization direction can be distorted by the electro-dynamic force, strong magnetic field, vacuum baking, and ion deposition and erosion of the first mirror. The MSE Line shift method only used the spectra gap to infer the local magnetic field strength, which is not sensitive to the optical polarization property, which becomes the most promising alternative method of the ITER MSE diagnostic. This proposal will employ the Doppler shifted motional stark spectra of the EAST neutral beam injection system. A fitting code will be developed to resolve the stark splitting gap from the complicated spectrum. The local internal magnetic field will be compared with other diagnostic.

等离子体电流分布的测量对于研究等离子体平衡，约束与输运，磁流体不稳定性等物理现象有着重要的意义。基于偏振方向测量的运动斯塔克效应诊断是进行等离子体电流分布测量的主要手段之一。由于偏振光的传输极易受到电动力，强磁场，烘烤，第一镜的离子沉积与腐蚀等因素的影响，在聚变堆环境下保障测量结果的可靠性面临着严峻的挑战。应用谱分裂间隔测量磁场的绝对强度，降低了光学系统保偏传输的要求，成为ITER装置最有希望的运动斯塔克效应诊断的备选方案。本项目拟基于EAST装置的中性束注入系统，从基础原理出发，发展斯塔克谱线的拟合方法，提取高精度的谱线分裂间隔，结合空间标定，推算内部磁场分布，为基于分裂间隔的MSE诊断发展做出贡献。

运动斯塔克效应诊断(MSE)是测量等离子体电流密度分布的有效手段之一，对于研究等离子体平衡，约束与输运，磁流体不稳定性等物理现象有着重要的意义。应用斯塔克光谱的分裂间隔获取等离子体内部磁场的绝对强度，开展等离子体电流密度分布研究，降低了传统偏振检测技术对光学系统的保偏传输要求，成为未来聚变堆最有希望的MSE诊断备选方案。.本项目从基本的量子微扰理论出发，立足于EAST中性束注入系统及MSE诊断视线空间布局，建立了完整的斯塔克光谱模拟程序，并开展了EAST多道MSE诊断系统的仿真计算工作，为诊断工程参数的选择提供了科学合理的指导建议。主要模拟计算了观测窗口对系统空间分辨率的影响，确定了合理的观测窗口及方位角；模拟计算了各观测道的多普勒频移分布，确定了滤光片的工作波长及适配束高压变化的调节范围；模拟计算了滤光片带宽对信号光总偏振度的影响，保障了诊断系统具备合理的调制信号幅度。 .本项目在斯塔克分裂光谱仿真计算的基础上，建立了正向拟合分析程序，通过引入束能量，磁场强度，谱仪色散系数，热展宽等基础物理参量，限制参量取值范围，大幅度提高了拟合计算速度、改善了拟合结果的合理性。尽管如此，斯塔克光谱的分裂间隔主要取决于等离子体内部磁场的绝对强度，受限于谱仪分辨率及信噪比，现有的拟合分析结果仅能反应纵场变化带来的光谱分裂间隔变化，对于小一个量级的极向磁场变化并不敏感，在现有的束高压及实验条件下，不能得出有意义的电流密度剖面信息。鉴于此，本项目拟在后续的工作中开展以四偏振光谱比值法或光弹调制偏振检测法进一步开展MSE诊断技术研究，对EAST物理实验提供诊断技术支持。

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