IV. Основные достоинства и недостатки зондовой диагностики
Основное ограничение области применения магнитных зондов связано с необходимостью введения датчика в плазму. При этом происходит охлаждение плазмы и загрязнение ее примесями, искажения зондом распределения токов, влияние плазмы на чувствительность зонда. Несмотря на вышеуказанные недостатки, метод магнитных зондов в настоящее время остается надежным способом диагностики плазмы.
Основным инструментом зондовых измерений является зонд, который обычно вводится в область исследования плазмы. В настоящее время существуют два вида зондов: электрические и магнитные.
К достоинствам зондовой диагностики относятся простота конструкции и измерительной аппаратуры, возможность определения локальных параметров плазмы. Основным недостатком зондовой методики является наличие внешних возмущений, вносимых в плазму, которые отражаются на точности измерений параметров.
Магнитные зонды по своей природе могут применяться только в нестационарных импульсных системах. Однако это обстоятельство не является серьезным ограничением, так как стационарных систем, в которых распределение поля в значительной степени определялось бы токами плазмы, реально не существует. Несмотря на трудности, возникающие при зондовых измерениях в горячей замагниченной плазме, этот метод сохраняет свое значение среди контактных способов диагностики благодаря получению обширной информации о параметрах исследуемых объектов.
|
|
|
Лекция 5
Методы пассивной корпускулярной диагностики (Калориметры с термопарами)
План лекций
I. Корпускулярная диагностика плазмы.
II. Методика измерения энергии плазмы с помощью термопары.
I. Корпускулярная диагностика плазмы
Под корпускулярной диагностикой плазмы понимается такой метод её исследования, при котором анализируются свойства частиц (электронов, ионов, атомов), выходящих из объема изучаемой плазмы, или подвергаются анализу изменения в свойствах потоков частиц, которыми плазма зондируется. В первом случае принято говорить о пассивной корпускулярной диагностикой, во втором – об активной.
Корпускулярная диагностика предоставляет наиболее прямую и непосредственную информацию о свойствах исследуемого объекта.
Возможности применения методики не зависят от состояния плазмы (наличие или отсутствие турбулентных процессов), а интерпретация результатов не требует привлечения плазменной модели.
Методы пассивной плазменной диагностики разбивают на 5 направлений:
1. Измерение полных потоков энергии, покидающих плазму.
2. Измерение полных потоков частиц, покидающих плазму.
|
|
|
3. Измерение потоков заряженных частиц с последующим анализом по энергиям и величине е/М.
4. Энергетический анализ потока нейтралов.
5. Анализ продуктов ядерных реакций, происходящих в горячей плазме.
II. Методика измерения энергии плазмы с помощью термопары.
Рассмотрим подробнее перечисленные направления в указанной последовательности.
Все тепловые методы можно подразделять на статические и динамические.
Рисунок 8 Статические тепловые методы: калориметры с термопарами.
Приёмники, предназначенные для регистрации поступающего из плазмы теплового потока, изготавливаются из материала (Сu, Ni, Mo) в форме небольших цилиндров или дисков. В зависимости от ожидаемой плотности потока энергии используется фольга или массивный листовый материал.
Приходящее из плазмы количество тепла ΔQ повышает температуру калориметра и частично, теряется за счёт теплопроводимости и излучения. Если температура приемной поверхности повышается незначительно, если крепежные траверзы тонкие, то в первые моменты времени потерями можно пренебречь и записать приближенное равенство: ΔQ=М с ΔТ, где
М – масса приемника тепла
с – его удельная теплоёмкость
ΔТ – наблюдаемое повышение температуры.
|
|
|
Преимущества и недостатки:
Ø Аппаратура проста и надежна, электромагнитные помехи не играют заметной роли, но чувствительность оказывается низкой.
Рисунок 9 Динамические тепловые методы: разрез болометра и принципиальная схема включения его в измерительную цепь.
На алюминиевой фольге толщиной 70 мкм электрохимически формируется слой окисла Al2O3, служащий изолятором. Термическим испарением в вакууме, на слой изолятора наносится терморезистор – полупроводниковая пленка германия толщиной около 1мкм. Наилучший результат получается, если испаряющим веществом служит монокристаллический германий с электронным типом проводимости и удельным сопротивлением порядка 5м Ом*см. общее сопротивление 5 М Ом. Токоведущие ламели из серебряной фольги подключаются к коаксиальному вводу болометра, присоединенному и нагрузочному сопротивлению R1. Обозначим э. д. с. источника напряжения через Ш, тогда в стационарных условиях через нагрузочное сопротивление R1 течет тои J = Е/(R + R1), и падение напряжения на нем будет U=JR1
Пусть на поверхность болометра падает порция энергииΔQ; сопротивление полупроводника в результате повышения его температуры изменится, и сигнал, возникший на нагрузке, может быть определен по очевидной формуле: ΔU= JR1
|
|
|
Характерное время выравнивания температуры болометра по его толщине оказывается порядка 10-3 – 104. Экспериментальные значения постоянной времени полной болометрической схемы, превышают сделанную оценку, так как временное разрешение в этом случае уменьшается из-за действия паразитных емкостей.
Пороговая чувствительность системы ограничивается собственными шумами болометра и составляет примерно 10-3-10-4 Дж.
Так как время остывания болометрического датчика, помещенного в вакуум, измеряется десятыми долями секунды, то записанный на осциллографе болометрический сигнал дает проинтегрированную во времени характеристику приходящего из плазмы энергетического потока. Для определения временного хода темпа поступления энергии этот сигнал должен быть продифференцирован.
Приемники, предназначенные для измерения полных потоков частиц, покидающих плазменную установку, применялись с особенно большим успехом при исследовании открытых магнитных ловушек. В таких системах средние энергии ионов и электронов, как правило, сильно разнятся, и, используя коллимированные приемники типа цилиндров Фарадея, удается получить падежную·и ясную информацию о потоках частиц каждого сорта.
Лекция 6
Методика определения температуры электронов по относительной интенсивности спектральных линий
План лекции
I. Общая характеристика бесконтактных методов
II. Методика определения температуры плазмы из анализа относительной интенсивности спектральных линий.
III. Методика определения температуры без выполнения условий локального термодинамического равновесия
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 647; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!