EAST偏振干涉儀研制.pdf

1、等離子體電子密度和電流密度是核聚變等離子體的主要參數。在托卡馬克運行模式研究中發(fā)現，等離子體電流參與了等離子體的磁流體平衡的過程。當采用離軸電流驅動實現電流中空分布的情況下，可以建立等離子體內部輸運壘進而可以顯著改善等離子體芯部區(qū)域約束情況。研究認為這是由于電流密度剖面的改變進而導致磁剪切的改變，并影響等離子體的輸運，使其由反常輸運降低到了新經典輸運的水平，從而促使了內部輸運壘的建立。由于等離子體電流密度分布與磁流體的穩(wěn)定性密切相關，因

2、此在托卡馬克或者未來聚變反應堆中，電流分布的測量與反饋控制至關重要。經過多年的發(fā)展，偏振干涉儀被認為測量電子密度和電流分布最可靠的手段之一。
　　為了配合EAST全超導托卡馬克放電實驗，開展不同放電位形、不同壁條件、不同加熱功率、長脈沖運行條件下電流密度的觀測和行為的研究，我們需要對電流密度診斷進行改進優(yōu)化。本文的主要工作發(fā)展11道偏振干涉儀系統，實現系統的空間分辨率及電流分布的高精度測量。主要工作為:完成系統的光學和機械設計;分

3、析了各種系統誤差并對其進行誤差標定、提高系統測量精度，完善了系統的標定方法和標定精度;開展了駐波誤差的理論分析，并在實驗中對其進行了消除。利用偏振干涉儀準確的進行了電流分布、電子密度分布、電子密度擾動等物理參數的準確測量和分析。
　　本文首先對干涉儀和偏振儀的測量原理進行闡述，介紹了偏振干涉的幾種測量方法并進行對比，并著重對POINT系統所采用的三波法技術進行闡述。通過對高斯光束傳播原理和遠紅外光學元件的分析，對11道偏振干涉儀進

4、行了詳細優(yōu)化的光學設計，其中包括:光路設計、光路系統模擬、光學元件尺寸設計等;隨后對偏振干涉儀的光學平臺、光學塔架的機械穩(wěn)定性設計進行描述，介紹系統的機械振動測試，最終確定由光學平臺和光學塔架造成的振動誤差小于系統的測量精度;為了提高偏振干涉儀法拉第旋轉角的測量精度，同時保證偏振干涉儀測量數據真實性、可靠性，我們對偏振干涉儀的誤差進行了詳細分析及計算，并給出相應的處理方法;結合法拉第旋轉角的測量數據，詳細分析了雜散光效應對偏振測量的影響

5、，并設計了一種光學隔離器以減少雜散光的干擾，極大的提高了法拉第旋轉角的測量精度;通過對系統共線調節(jié)、偏振態(tài)調節(jié)，雜散光消除等關鍵技術問題的解決，EAST偏振干涉儀系統可以準確地給出電子密度分布和電流密度分布。最終系統的測量精度為:時間分辨率為1微秒;電子密度測量精度為1×1017m-3;法拉第旋轉角測量精度為0.1°。最后文中給出了EAST偏振干涉儀的Ⅰ實驗測量結果，給出了高時間分辨率、高精度的電子密度和法拉第旋轉角測量數據，并利用實時