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(shù)。在托卡馬克運行模式研究中發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)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(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)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(tǒng)的光學和機械設計;分

3、析了各種系統(tǒng)誤差并對其進行誤差標定、提高系統(tǒng)測量精度，完善了系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，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(tǒng)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(tǒng)可以準確地給出電子密度分布和電流密度分布。最終系統(tǒng)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(shù)據(jù)，并利用實時