磁場誘導躍遷用于等離子體磁場診斷的可行性研究及其設(shè)備建設(shè)和方法探索.pdf

1、等離子體廣泛存在于宇宙空間中,對等離子體的研究不僅可以實現(xiàn)對遙遠星體的演化的探索,也可以為當今高新技術(shù)的發(fā)展提供重要的基礎(chǔ)支撐。等離子體研究的一個重要動力就是來源于對解決能源問題的迫切需要。托卡馬克裝置是實現(xiàn)受控核聚變最有希望的途徑之一。而其中的等離子體的磁場強度是影響其能量輸運和約束時間的關(guān)鍵因素。通過先進的電子束離子阱(EBIT)裝置來分解研究等離子體是當今新興的等離子體研究方向。本工作通過大范圍的理論計算,探討了在EBIT中通過磁

2、場誘導躍遷來診斷等離子體磁場的可行性,并且為實現(xiàn)未來的實驗研究建設(shè)了相應的觀測平臺以及分析手段。具體內(nèi)容包括:
　　一.系統(tǒng)研究了等電子系列類氖離子第一激發(fā)態(tài)2p53s1,3P四條能級的激發(fā)能,及它們到基態(tài)和它們之間各躍遷的躍遷幾率。重點研究了在外加磁場的參與下磁場誘導躍遷:B2s22p61S0-2s22pS3s3P0的躍遷幾率和該激發(fā)能級的退激分支比,以及通過“碰撞輻射模型”方法計算了該躍遷和E1躍遷1S0-1P1的線強(及線強

3、比)隨外加磁場及入射電子能量和電子密度的演化關(guān)系,以及這些關(guān)系在等電子系列中的演化。通過研究找出了可以在實驗中進行觀測的離子元素。同時預測了這些元素相應躍遷光子的能量范圍和譜線強度,以及所需要的實驗環(huán)境。
　　二.根據(jù)理論計算的結(jié)果,建設(shè)了適合觀測磁場誘導躍遷的平焦場譜儀系統(tǒng)以及校刻手段。在精密的變柵距光柵譜儀的搭建中,發(fā)展了激光和準直望遠鏡雙向?qū)χ醒b配的方法。在譜儀的能量校刻中,發(fā)展了新的?？虜M合方程,實現(xiàn)了單次的全譜范圍?？?

4、成功地校刻了離線測試光源的所有譜線。并且成功實現(xiàn)了在線的磁場誘導躍遷相關(guān)譜線的觀測和校刻,得到了可信的結(jié)果。
　　三.由于磁場誘導躍遷的弱光信號對探測系統(tǒng)的信噪比要求很高,對使用CCD(電荷耦合器件)探測極弱光譜的情況,本工作研究了CCD的探測原理,根據(jù)其具有的能量分辨能力,開發(fā)了一套高效的弱光子信號分離算法,并且編制了相應的自動化程序。通過該程序的處理,光譜的信噪比得到顯著的提高,同時在不對譜線造成畸變的情況下,成功地抑制了多種

5、類型的噪聲。
　　四.在基于EBIT的磁場誘導躍遷研究等精密光譜學研究中,亟需對電子束的形態(tài)有充分的了解以推算電子密度等重要參數(shù),為此本工作在上海EBIT上建立了電子束X射線狹縫成像系統(tǒng)。為獲得高精度的測量,分析了成像過程中包括卷積效應和像素化等過程,并且深入研究了先進的非線性多參數(shù)函數(shù)的Levenberg-Marquardt(LM)擬合算法,使用LM方法編制了基于積分高斯分布的狹縫成像去卷積自動數(shù)據(jù)處理程序。通過數(shù)據(jù)分析,得到了