J-TEXT诊断中性束离子源参数分析与优化

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在聚变等离子体物理研究领域,离子温度和转动速度是十分重要的物理重要参数,它们对于研究等离子体约束、能量输运、动量输运及杂质输运有十分重要的意义。这些参数的获得需要相关诊断技术,其中电荷交换复合光谱(CXRS)被认为是最有效的技术之一。  J-TEXT实验室目前正在建设一套基于诊断中性束注入(DNB)的电荷交换复合光谱系统,用于诊断等离子体的离子温度剖面与转动速度剖面。基于此系统可大幅提高J-TEXT托卡马克的诊断能力。本文系统分析了DNB离子源放电参数对其产生的等离子体参数的影响,利用光谱技术实现了对束参数的测量,为保障DNB系统的高参数稳定运行奠定了基础。  J-TEXT DNB系统的离子源是热阴极离子源,离子源的工作参数(放电气压、灯丝电压和弧电压)会影响等离子体密度和电子温度,从而影响弧流强度和电离产物,进而决定中性束流强和束能量成分的比例。放电气压越大、灯丝电压越高、弧电压越高得到的弧流越大,但是提高的放电气压会造成电子温度的降低。通过调整离子源工作参数进行起弧实验并用双线法测量电子温度,得到了比较合适的离子源工作参数参数:放电气压0.27Pa,灯丝电压11V,空载弧压250V。  为了进一步分析离子源的工作状态,本文搭建了一套多通道多普勒频移光谱(DFSS)系统。通过DFSS能计算多个中性束流参数:由多普勒频移效应测量中性束能量成分及其分布,由外推法反演测量束流径向密度分布,由1/e谱线展宽和几何法测量束散度。在24kV加速电压下,得到的初步实验结果:全能量成分比例约为10%,加速极后2m处束流直径为8.1cm,束流散角约为3.3°。实验结果表明DFSS系统能够满足实时检测中性束流品质的要求,为CXRS分析提供参考。
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