磁場(chǎng)誘導(dǎo)躍遷用于等離子體磁場(chǎng)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(duì)等離子體的研究不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遙遠(yuǎn)星體的演化的探索,也可以為當(dāng)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(gè)重要?jiǎng)恿褪莵?lái)源于對(duì)解決能源問(wèn)題的迫切需要。托卡馬克裝置是實(shí)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(chǎng)強(qiáng)度是影響其能量輸運(yùn)和約束時(shí)間的關(guān)鍵因素。通過(guò)先進(jìn)的電子束離子阱(EBIT)裝置來(lái)分解研究等離子體是當(dāng)今新興的等離子體研究方向。本工作通過(guò)大范圍的理論計(jì)算,探討了在EBIT中通過(guò)磁

2、場(chǎng)誘導(dǎo)躍遷來(lái)診斷等離子體磁場(chǎng)的可行性,并且為實(shí)現(xiàn)未來(lái)的實(shí)驗(yàn)研究建設(shè)了相應(yīng)的觀測(cè)平臺(tái)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(jí)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(diǎn)研究了在外加磁場(chǎng)的參與下磁場(chǎng)誘導(dǎo)躍遷:B2s22p61S0-2s22pS3s3P0的躍遷幾率和該激發(fā)能級(jí)的退激分支比,以及通過(guò)“碰撞輻射模型”方法計(jì)算了該躍遷和E1躍遷1S0-1P1的線強(qiáng)(及線強(qiáng)

3、比)隨外加磁場(chǎng)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(guò)研究找出了可以在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行觀測(cè)的離子元素。同時(shí)預(yù)測(cè)了這些元素相應(yīng)躍遷光子的能量范圍和譜線強(qiáng)度,以及所需要的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
　　二.根據(jù)理論計(jì)算的結(jié)果,建設(shè)了適合觀測(cè)磁場(chǎng)誘導(dǎo)躍遷的平焦場(chǎng)譜儀系統(tǒng)以及?？淌侄巍Ｔ诰艿淖儢啪喙鈻抛V儀的搭建中,發(fā)展了激光和準(zhǔn)直望遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)了單次的全譜范圍校刻,

4、成功地?？塘穗x線測(cè)試光源的所有譜線。并且成功實(shí)現(xiàn)了在線的磁場(chǎng)誘導(dǎo)躍遷相關(guān)譜線的觀測(cè)和?？?得到了可信的結(jié)果。
　　三.由于磁場(chǎng)誘導(dǎo)躍遷的弱光信號(hào)對(duì)探測(cè)系統(tǒng)的信噪比要求很高,對(duì)使用CCD(電荷耦合器件)探測(cè)極弱光譜的情況,本工作研究了CCD的探測(cè)原理,根據(jù)其具有的能量分辨能力,開(kāi)發(fā)了一套高效的弱光子信號(hào)分離算法,并且編制了相應(yīng)的自動(dòng)化程序。通過(guò)該程序的處理,光譜的信噪比得到顯著的提高,同時(shí)在不對(duì)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(chǎng)誘導(dǎo)躍遷研究等精密光譜學(xué)研究中,亟需對(duì)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(cè)量,分析了成像過(guò)程中包括卷積效應(yīng)和像素化等過(guò)程,并且深入研究了先進(jìn)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(dòng)數(shù)據(jù)處理程序。通過(guò)數(shù)據(jù)分析,得到了