Analysis of the Zeeman effect on D_α spectra on the EAST tokamak

Based on the passive spectroscopy,the D_α atomic emission spectra in the boundary region of the plasma have been measured by a high resolution optical spectroscopic multichannel analysis(OSMA) system in EAST tokamak.The Zeeman splitting of the D_α spectral lines has been observed.A fitting procedure by using a nonlinear least squares method was applied to fit and analyze all polarization π and ±σ components of the D_α atomic spectra to acquire the information of the local plasma.The spectral line shape was investigated according to emission spectra from different regions(e.g.,low-field side and high-field side) along the viewing chords.Each polarization component was fitted and classified into three energy categories(the cold,warm,and hot components) based on different atomic production processes,in consistent with the transition energy distribution by calculating the gradient of the D_α spectral profile.The emission position,magnetic field intensity,and flow velocity of a deuterium atom were also discussed in the context.     

EAST快速极紫外光谱仪波长的原位标定及其应用

介绍了东方超环(experimental advanced supereonducting tokamak, EAST)托卡马克上的两套快速极紫外（EUV）光谱仪系统波长的原位标定方法、结果及其应用。这两套谱仪均为掠入射平场谱仪，时间分辨均为5 ms·frame-1。两套谱仪分别工作在20～500和10～130 Å的波段范围，由步进电机控制探测器在焦平面上移动实现整个观测波段上的波长扫描。利用这两套谱仪系统观测极紫外波段光谱，计算EAST中低-高Z杂质离子特征线辐射强度随时间的演化，监测和研究等离子体中杂质的行为。高Z杂质尤其是钨、钼等金属元素，发出的EUV波段光谱的构成非常复杂，准确识谱对谱仪精确的波长测量能力以及谱分辨能力要求很高，因此精确的波长标定是识别钨、钼等高Z杂质谱线以及研究它们行为的最关键的技术之一。利用EAST等离子体中类氢到类铍的低、中Z杂质的特征谱线以及它们的二阶甚至三阶谱线，结合谱仪系统的色散能力，对这两套快速极紫外光谱仪的波长进行了精确的原位标定。用于波长标定的杂质谱线有O Ⅷ 18.97 Å，O Ⅶ 21.60 Å，C Ⅵ 33.73 Å，Li Ⅲ 113.9 Å，Li Ⅲ 135.0 Å，Li Ⅱ 199.28 Å，Ar ⅩⅤ 221.15 Å，He Ⅱ 256.317 Å，He Ⅱ 303.78 Å，Ar ⅩⅥ 353.853 Å及C Ⅳ 384.174 Å等。利用波长标定的结果对观测到的EUV光谱进行谱线识别，两套谱仪观测到的绝大多数谱线波长与美国技术标准局(National Institute of Standards and Technology, NIST)数据库的标准波长相差分别小于0.08和0.03 Å。开发了谱仪波长原位标定程序模块，将这个模块内嵌到谱仪数据实时上传的交互式软件中，实现了全谱数据以及特征谱线强度随时间演化数据的实时处理和上传。同时利用开发的全谱分析交互式软件以及EAST上的数据查看软件，最终实现了快速EUV谱仪自采数据的准实时分析、读取和查看。     

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。     

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。