论文部分内容阅读
本论文旨在论述EAST先进光谱诊断的数据处理及杂质辐射行为、杂质温度与旋转速度的研究。先进光谱组具有弯晶谱仪(XCS)、极紫外光谱仪(XEUV)、多道可见光谱仪(OMA)与近期构建的边界诊断系统(ERD),ERD补充了其它诊断的观测范围。ERD的主要目的是提供EAST边界等离子体的离子温度与旋转速度。ERD具有空间和时间分辨能力,于2011年在EAST装置上研制完成,经调试已初次投入EAST等离子体物理实验的杂质诊断。ERD诊断研究波长范围为480~700nm,研究的杂质为中低Z型杂质,主要有OⅡ,OⅢ,OⅤ, Ar XVI,NeX,Da,Ha, BⅢ,NⅢ,CⅢ,CIV, CVI,ArⅡ等。文章先简要对XCS、XEUV、OMA诊断在EAST上的应用情况进行概述,主要包括系统布局,观测范围,能够提供的参数等。再对辐射测量与光谱形状的展宽机制。再重点叙述新建的ERD系统,包括硬件、测量原理、调试结果与观测布局等详细内容。然后以ERD诊断系统测量的光谱数据为基础,重点论述数据处理方法并编译实现数据分析的matlab程序。 ERD诊断的硬件主要包括聚光镜头,光纤束,光谱仪。观测视线的位置标定可达到0.1cm精度,光谱仪的分辨率为0.012nm (313.1nm)。ERD构建期间,对镜头进行了调优,对光纤束进行了透射率测量,光谱仪采用低压卤素等进行波长标定,并获得仪器响应函数。在中性束注入(NBI)的实验条件下,ERD可改造为电荷交换复合光谱光谱测量,可达到1cm的空间分辨率,时间分辨率可达10ms。 为去除仪器引进的系统误差或偶然误差,编写了多个去卷积算法程序,包括Jansson,Gold,Richard- Lucy, Maximum a posterior四种算法,并根据实验数据条件进行模拟评估。分析表明,Gold算法可获得最好的重构结果。将四种算法应用于CⅢ与OⅡ辐射的5分量光谱去卷积处理,得出的与模拟分析一致的结论。文章叙述了基于ERD光谱数据的处理程序,经调试,这些程序灵活且易操作,用于从原始数据计算诊断信息、重叠谱线分辨、误差分析等。处理程序主要包括高斯型光谱拟合程序、谱线标定程序、误差分析程序、特征谱线分辨程序,以及计算强度温度速度程序等。应用上述程序对2012年春季ERD测量的光谱数据进行了处理,分析CⅢ(464.74nm)谱线,获得了辐射强度、离子温度与旋转速度随时间与空间的演化。通过分析LiⅡ(548.4403nm)谱线,得到旋转速度随时间的演化,并与XCS进行对比,比较显示ERD与XCS等到的结果随时间变化的趋势一致。初步实验结果表明,ERD可作为研究边界等离子体杂质的辐射行为、离子温度与旋转速度等参数的有效工具。 基于ERD开发的matlab程序不限于ERD数据的处理,可运用于任何与之类似的实验数据。ERD被动光谱的观测量为弦积分量,因此运用上述程序只能获得参数随空间变化的近似结果。但在NBI应用于EAST以后,上述处理程序对定域辐射数据的处理,将会获得更准确的参数随时空演化的信息。