VUV信号强度与等离子体宏观参数相关性分析

东方超环(EAST)上高速真空紫外(VUV)成像系统是一套选择性测量中心波长为13.5 nm的等离子体线辐射的光学成像系统。此系统具有高时空分辨能力,主要用于边界(包括台基区)等离子体行为研究。该系统已经投入EAST等离子体物理实验并获得了大量的实验数据。基于这些数据,分析了VUV诊断系统的信号强度与等离子体宏观参数之间的相关性,着重研究了EAST上中性束注入(NBI)加热功率、杂质(碳和锂)水平、电子密度等因素对VUV信号强度的影响。结果与预期基本一致:随着NBI功率的增加,VUV信号强度随之增强;VUV信号强度与电子密度、杂质水平呈现线性关系。此外,本文还评估了由于NBI注入引起的电荷交换复合产生的C5+离子对VUV信号的贡献,结果表明这部分贡献可以忽略不计。     

HL-2M 真空紫外光谱初始诊断系统研制

基于 Seya-Namioka 结构 200mm 焦距可换光栅,研制了 HL-2M 真空紫外(VUV)光谱诊断光谱仪。该 系统在 300~3000Å 的真空紫外光谱范围具有较高的探测效率,时间分辨优于 1µs。经过结构设计、光谱标定和安 装调试,单通道 VUV 光谱仪已成功安装在 HL-2M 装置中平面窗口。在 HL-2M 装置初始放电实验中,利用该系 统测量到 C、O、N 等杂质的多条特征谱线,展现出优秀的信噪比和高灵敏度。      

EAST等离子体Mo Ⅴ-Mo ⅩⅧ极紫外光谱的识别

磁约束聚变等离子体中高Z杂质的存在给等离子体的约束状态带来不同程度的影响.EAST装置第一壁是钼瓦,不可避免地,等离子体与壁相互作用会使钼进入等离子体成为高Z杂质.本文利用EAST托卡马克装置快速极紫外杂质谱仪系统实现了对5—500?(1?=0.1 nm)波段范围内杂质线光谱进行同时监测.结合EAST等离子体低、中Z杂质的特征谱线对波长进行原位标定,基于NIST数据库和已有实验数据进行对比,并利用归一化谱线强度随时间演化行为,对较低电子温度(T_e0=1.5 keV)等离子体中5—485?波段范围内由瞬态钼杂质溅射产生的钼光谱进行了系统性识别.在15—30?和65—95?波段范围观测到分别由电离态Mo¹⁹⁺-Mo²⁴⁺(MoⅩⅩ-MoⅩⅩⅤ),Mo¹⁶⁺-Mo²⁹⁺(MoⅩⅦ-MoⅩⅩⅩ)组成的未分辨跃迁系.而且在EAST上观测并识别出27—60?和120—485?波段范围内低价钼离子(Mo⁴⁺-Mo¹⁷⁺)的多条谱线(MoⅤ-MoⅩⅧ...     

极紫外波段Ar光谱分析在EAST偏滤器杂质屏蔽效应研究中的应用

在托卡马克偏滤器区域充入杂质气体是检验偏滤器杂质屏蔽效应的重要手段。利用快速极紫外EUV光谱仪对EAST托克马克装置上开展的偏滤器Ar杂质注入实验进行观测。结合NIST原子光谱数据库对2～50 nm范围内不同电离态Ar的线光谱进行了谱线识别,识别出Ar Ⅳ,Ar Ⅸ-Ⅺ,Ar ⅩⅣ-ⅩⅥ等若干个电离态的谱线。为了同时观测等离子体不同区域的Ar杂质行为,在杂质注入实验时重点监测Ar ⅩⅥ35.39 nm(Ar ⅩⅥ电离能918.4 eV,主要分布在等离子体芯部)和Ar Ⅳ44.22 nm(Ar Ⅳ电离能9.6 eV,主要分布在等离子体边界)这两条谱线。利用该两条谱线强度随时间演化的结果初步分析了偏滤器杂质屏蔽效应。在同一充气口不同等离子体位形下的实验结果表明偏滤器对于从偏滤器区域注入Ar杂质的屏蔽效果优于从主等离子体区域注入,并且下偏滤器及内冷泵的综合粒子排除能力优于上偏滤器。     

EAST边界和芯部杂质谱线的时间延迟研究

边界杂质注入是未来聚变装置ITER用于增强边界辐射，减少第一壁热负荷的一种重要方法。但部分注入的杂质会被输运到芯部，造成主等离子体辐射损失以及约束下降。光谱观测可以获取杂质种类、含量和分布等信息，在理解等离子体中杂质输运方面起着重要作用。在EAST（experimental advanced superconducting tokamak）偏滤器氩气（Ar）注入实验中，利用偏滤器可见光谱和芯部极紫外光谱监测边界的Ar1+离子谱线Ar Ⅱ(401.36 nm)和芯部的Ar15+离子谱线Ar ⅩⅥ(35.39 nm)，并获得两者强度随时间的变化。其中，Ar Ⅱ和Ar ⅩⅥ的电离能分别为27和918 eV，因此，Ar Ⅱ和Ar ⅩⅥ分别对应分布于等离子体边界和芯部Ar离子。为了分析二者谱线强度随时间变化的特征，发展了一种基于正则Pearson积矩相关系数的相关分析方法，计算得到两者谱线强度变化的相对延迟时间，以此表征杂质从边界向芯部输运的时间。结果显示，偏滤器注入Ar杂质后，芯部Ar ⅩⅥ辐射增长滞后于边界Ar Ⅱ辐射的增长，并且在具有较高的低杂波加热功率的放电中，两者的延迟时间较长，表明较高的低杂波加热功率可以延长杂质从边界向芯部输运的时间。     

气体放电紫外辐射特性的数值模拟

为了提高共面介质阻挡放电(DBD)的真空紫外线(VUV)辐射效率,采用流体模型研究了Ne/Xe混合气体的压强及Xe含量对DBD真空紫外辐射特性的影响。数值模拟结果表明:在一定的放电电压下,增加Xe的含量或气体压强,147nm的真空紫外辐射效率明显下降,但173nm真空紫外辐射效率得到了较大的提高,即总的VUV辐射效率有较大的提高;气压过高会降低VUV辐射总量(发光亮度)。     

HT6M托卡马克电荷交换复合辐射的测量

 利用光学多道分析仪和单道近紫外系统分别测量了HT6M托卡马克C Ⅵ(207.1nm) 谱线线形分布和时间行为。通过对CⅥ谱线线形和时间行为的分析表明CⅥ谱线来源于电荷交换复合辐射。     

HL－1M装置杂质VUV辐射及Te观测

本文介绍了ＨＬ－１Ｍ装置等离子体杂质真空紫外辐射观测的初步结果。用类Ｌｉ离子谱线强度比法估计出Ｔｅ≈４００ｅＶ。镀膜后的ＣＥＭ探测器的灵敏度提高。杂质对装置放电有重要影响     

HL—1M装置杂质VUV辐射及Te观测

本文介绍了ＨＬ－１Ｍ装置等离子体杂质真空紫外辐射观测的初步结果。用类Ｌｉ离子谱线强度比法估计出Ｔｅ≈４００ｅＶ。镀膜后遥ＣＥＭ探测器的灵敏度提高。杂质对装置放电有重要影响。     

东方超环(EAST)装置中等离子体边界锂杂质的碰撞-辐射模型

在东方超环(EAST)装置中,由于大量锂化壁处理的使用,切向可见光摄像机拍摄到等离子体边界通常存在一条由锂(Li)杂质形成的绿色发光带.本文基于EAST边界等离子体参数条件,基于碰撞-辐射模型给出由已知边界等离子体状态推算Li绿光光强的空间分布的具体方法,并针对简化后的一维径向分布问题,收集、处理OPEN-ADAS数据库的数据,采用软件Mathematica 10.4.1编写相应的数值计算程序,分别输入EAST工作于低约束(L)与高约束(H)模时获得的两组边界电子温度、密度分布数据,给出并分析比较了利用该模型的计算结果.此项工作对于未来建立通过测量及反演边界锂杂质特征谱线强度的空间分布来重构边界等离子体状态的全新技术和研究存在三维磁场扰动条件下的边界等离子体行为均具有重要的理论参考价值.     

Pattern design in large area using octadecyltrichlorosilane self-assembled monolayers as resist material

Various clean complicated micro-pattern designs based on n-octadecyltrichlorosilane (OTS) self-assembled monolayer (SAM) on silicon substrates have been realized in large area by using vacuum ultraviolet (VUV) light irradiation at the wavelength of 172 nm. The degradation process of the alkylsilane SAM with irradiation time evolution has been traced by using ellipsometry, water contact angle measurement and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) techniques in detail. The results indicate that the SAM can be completely removed in several minutes by the irradiation of the shorter wavelength vacuum ultraviolet light. Furthermore, the ability of the OTS-SAM as resist for chemical etching has also been demonstrated.     

A differential pumping system to deliver windowless VUV photons at atmospheric pressure

In order to deliver VUV (vacuum ultraviolet) photons under atmospheric pressure conditions, a differential pumping system has been built on the DISCO beamline at the SOLEIL synchrotron radiation facility. The system is made of four stages and is 840 mm long. The conductance‐limiting body has been designed to allow practicable optical alignment. VUV transmission of the system was tested under air, nitrogen, argon and neon, and photons could be delivered down to 60 nm (20 eV).     

EAST高时空分辨极向弯晶谱仪系统的升级及初步实验结果

为了拓宽等离子体参数测量范围,对EAST极向弯晶谱仪(PXCS)进行了升级改造。配合高通量大面积水冷固体探测器,提高了极向弯晶谱仪系统的光子计数率、时间分辨率、空间探测范围以及长时间运行稳定性,并在EAST装置上成功运行。实验结果表明,升级后的谱仪获得了高信噪比的类氦氩离子的母线及其一系列伴线谱,通过光谱拟合分析给出了等离子体温度时间演化及其剖面信息,测量结果与切向弯晶谱仪的数据一致,验证了极向弯晶谱仪的升级结果和数据测量的可靠性,并且在EAST长脉冲实验运行也能够稳定地提供全时间的参数分布。     

Photoreflectance system based on vacuum ultraviolet laser at 177.3 nm

Photoreflectance (PR) spectroscopy is a powerful and non-destructive experimental technique to explore interband transitions of semiconductors. In most PR systems, the photon energy of the pumping beam is usually chosen to be higher than the bandgap energy of the sample. To the best of our knowledge, the highest energy of pumping laser in reported PR systems is 5.08 eV (244 nm), not yet in the vacuum ultraviolet (VUV) region. In this work, we report the design and construction of a PR system pumped by VUV laser of 7.0 eV (177.3 nm). At the same time, dual-modulated technique is applied and a dual channel lock-in-amplifier is integrated into the system for efficient PR measurement. The system's performance is verified by the PR spectroscopy measurement of well-studied semiconductors, which testifies its ability to probe critical-point energies of the electronic band in semiconductors from ultraviolet to near-infrared spectral region.     

分子在真空紫外区的相干辐射光谱及转动温度的测量

本文报道的是作者利用分子作为介质,通过非线性光学过程（四波和频,三次谐波）在真空紫外波段产生宽带可调谐相干光的理论和实验研究及其结果,实验产生的宽波段可调谐激光输出为建成完备的小型真空紫外激光光源奠定了基础。此文还报道了作者用该光源在XUV波希成功测量分子转动温度的方法和结果。     

宽波段高分辨率小型紫外成像光谱仪光学系统研究

结合小型紫外光谱仪器设计原理对紫外成像光谱仪进行了研究。以离轴抛物镜为望远镜,超环面光栅为成像光谱系统设计了系统方案;该光学系统的优化设计就是对超环面光栅的参数设计。分析了光栅的光程函数和像差方程,总结了单超环面光栅结构的完善聚焦条件和完善成像条件;这两种条件无法在代数计算下得到完善代数解,限制了光谱仪的工作波段和视场,引入遗传算法解决了这个问题。以一工作波段为200~280 nm的日盲紫外成像光谱仪为例对设计理论进行验证,根据优化理论计算了初始结构最优解并进行光线追迹模拟,成功得到了F数为5.7,焦距为102 mm,全视场全波段调制传递函数值在奈奎斯特频率(20 lp·mm-1)下大于0.65的高分辨率成像光谱仪光学系统。设计结果表明这种光学系统设计理论适用于小型宽波段高分辨率紫外成像光谱仪。