Study of Kinetic Parameters of Globus-M Plasma by Thomson Scattering Using Advanced Digital Polychromator

Abstract

В исследованиях физики процессов удержания, нагрева и устойчивости плазмы на термоядерных установках с магнитным удержанием незаменимую роль играет метод измерения локальных значений температуры и концентрации электронов по томсоновскому рассеянию лазерного излучения. В данной работе представлены результаты испытания прототипа цифрового фильтрового полихроматора, предназначенного для измерения интенсивности рассеянного излучения и его спектра. Отличительной особенностью данного спектрометра является использование АЦП с аналоговой памятью, работающего при частоте дискретизации 5 ГГц при разрядности 12 бит. Низкое энерговыделение и компактное исполнение позволяют интегрировать систему регистрации и обработки сигналов в корпус спектрального прибора, получив таким образом полностью автономное устройство, гальванически развязанное от других систем и оборудования. Собранное из плазмы рассеянное лазерное излучение по оптоволоконной линии поступает на вход полихроматора, а обработанные сигналы рассеяния и рассчитанные значения температуры и концентрации электронов доступны по цифровому интерфейсу. Испытания прототипа были проведены в составе системы томсоновского рассеяния (ТР) на токамаке Глобус-М с применением двух типов лазеров Nd:YAG 1064 нм и Nd:Glass 1055 нм с энергией в импульсе до 2 Дж и длительностью импульса 4 и 40 нс соответственно. Применение сверхбыстрой оцифровки позволило провести регистрацию сигналов рассеяния в осциллографическом режиме, продемонстрировав возможность временной отстройки от паразитно-рассеянного излучения даже при длительности лазерного импульса 40 нс несмотря на относительно малый размер вакуумной камеры ~1 м. В работе представлены результаты измерения в плазменном эксперименте на токамаке Глобус-М и приведён сравнительный анализ с данными действующей системы ТР. Ключевые слова: диагностика плазмы, высокотемпературная плазма, томсоновское рассеяние, спектрометр.