最大似然法在HL-2A汤姆逊散射中的初步应用

介绍了一种处理HL-2A汤姆逊散射原始实验数据的新方法--最大似然法。该方法用数理统计的手段,通过使理论推导出的数据与实际采集到的散射数据最大可能的一致,得到了较准确的等离子体电子温度T_e和密度n_e。将计算所得的结果与现在汤姆逊散射系统所用的比值法得到的结果相比较,验证了该方法的可适用性,并能够克服比值法的一些缺陷。     

人工神经网络在HL-2A装置汤姆逊散射数据处理中的应用

人工神经网络是一种强大的非线性数据分析算法,其中的感知器神经网络第一次被用于处理HL-2A装置上汤姆逊散射系统的电子温度数据。采用输入层、隐藏层和输出层等三层神经网络结构,输入层为标定数据或测量数据,隐藏层使用sigmoid函数作为传递函数,输出层为电子温度值。从数据处理结果可以看出,该计算方法与传统的χ²最小值方法计算的结果吻合,能够得到可靠的电子温度数据。而且由于计算温度时采用矩阵计算,计算速度比使用χ²最小值法提高20倍以上,为将来利用汤姆逊散射测量的电子温度数据实现等离子体剖面实时反馈控制提供了可能。     

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根据多道中性粒子分析器的测量原理和HL-2A的特点,编写了基于Matlab的数据处理程序。该程序利用矩阵运算和下标定位技术,提高了代码执行的速度;使用了图形界面,使数据处理更加灵活直观。利用该程序对2009年的结果进行了处理,初步得到了离子温度的时间和空间分布。     

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设计并优化了一种新型多色仪。该方案中滤光片和探测器更加易于安装,缩短了光程长度,提高了对散射信号的探测本领,减少了透镜的使用数量,提高了多色光谱仪的传输率。通过数值计算,得到在200~20000eV温度范围内多色光谱仪的通道数为7是最优化结果。最后,对7通道多色仪的相关参数进行优化设计,使用模拟退火法计算优化各通道干涉滤光片的波长范围。     

HL-2A装置上汤姆逊散射测量的初步结果

本文介绍了HL-2A装置上激光汤姆逊散射诊断系统的主要仪器构成，重点介绍了等离子体芯部单空间点电子温度，密度的实验测量结果。     

汤姆逊散射技术在HL-2A装置上的应用进展

非相干激光汤姆逊散射诊断只需要假设电子速度满足Maxwell分布,测量得到的等离子体电子温度与电子密度的数据准确可靠,是托卡马克和其他磁约束核聚变研究装置上重要的诊断工具,并朝着高可靠性、高空间分辨和高重复测量频率的方向发展,其中高可靠性是前提。电子的汤姆逊散射截面很小,其总截面为σ_T=6.65×10^-25 cm²,通常使用电光调Q的Nd∶YAG激光器作为散射光源,激光脉冲宽度约10 ns、脉冲能量约3 J,用5～8通道的光谱仪对散射光谱进行测量与分析。如何对光电探测模块输出的散射脉冲进行数据采集,是激光散射诊断的关键问题之一。以前使用电流积分式的数据采集器(Q-ADCs,如CMC080模块),在一个确定的时间宽度(如50 ns)将散射脉冲信号积分在采样电容器上,从而得到散射信号的强度值,这种方法很难排除电路噪声和外来干扰。该研究通过使用高速数据采集器(纵向分辨率≥10 bits、采样频率f≥1 GS·s^-1,如V1742B模块)在包含散射信号在内的时间段(如300～500 ns)进行采集,获得散射...     

HL-2M 装置上汤姆逊散射系统中多色光谱仪的优化设计

设计并优化了一种新型多色仪。该方案中滤光片和探测器更加易于安装,缩短了光程长度,提高了对散射信号的探测本领,减少了透镜的使用数量,提高了多色光谱仪的传输率。通过数值计算,得到在200~20000eV 温度范围内多色光谱仪的通道数为7 是最优化结果。最后,对7 通道多色仪的相关参数进行优化设计,使用模拟退火法计算优化各通道干涉滤光片的波长范围。     

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68GHz ECRH系统由6套0.5MW/1s(1.5s)子系统构成,140GHz ECRH系统由2套1MW/3s子系统构成。每套子系统由独立的传输线与天线相连,再通过天线注入等离子体。68GHz ECRH子系统为非真空传输线,以内径为80mm的过模波纹圆波导为主要传输部件,包括隔直器、弹性波导、换向波导和一个槽纹深度为l/2的极化器;140GHz ECRH子系统为真空传输线,以内径为63.5mm的过模波纹圆波导为主要传输部件,包括隔直器、弹性波导、换向波导、转换开关、抽气波导和槽纹深度分别为l/4与l/8的极化器。经过不断地完善,68GHz ECRH系统传输线已成功运用于ECRH运行中,整条传输线的输送效率可以达到90%左右。对于140GHz ECRH系统,已完成了传输部件的整体设计,目前正在进行相关部件加工测试。     

HL-2A装置实验数据系统

HL-2A装置实验数据系统，由实验网络、各类数据采集子系统、实时数据处理、实时图文显示功能子系统、大量交互式数据分析处理终端、实验数据管理子系统与系统集成管理平台和高性能计算系统等组成，较2002年初始建成投用时，系统在组成、规模和功能方面都有了很大的变化。     

HL-2A装置YAG激光汤姆逊散射测量电子温度的初步结果

 叙述了激光汤姆逊散射的实验原理,介绍了HL-2A装置上改进后的激光汤姆逊散射系统。高脉冲功率Nd：YAG激光光源发出的1 064 nm的激光能很好地满足测量等离子体电子散射光的要求,硅雪崩光电二极管和窄带干涉滤波片组成的多色仪的使用,大大提高了散射光的测量效率。数据处理方法采用按测量误差进行权重分析的查表法,提高了数据处理的速度。最后介绍了各种放电条件下的单空间点电子温度的测量结果。     

清华汤姆逊散射X射线源初步实验研究

汤姆逊散射X射线源利用高亮度的相对论电子束与超短TW级激光相互作用,能产生能量可调、脉冲长度短（～100飞秒量级）的准单色高能X射线,在超快物理过程研究和医学领域具有广泛的应用前景。清华大学工程物理系加速器实验室正在积极筹建基于光阴极微波电子枪和飞秒强激光的汤姆逊散射实验平台,并利用实验室现有的16MeV返波行波加速器和Nd:YAG纳秒调Q激光系统进行了初步实验研究。在解决实验中出现的电磁干扰和韧致辐射X射线本底干扰等问题后,在实验中测量到了脉宽为6纳秒、脉冲光子产额为1.7x 10^4 的散射光子信号。在本文中将对实验装置和结果进行详细介绍。     

Initial Operation of Thomson Scattering Diagnostic on the HL-2A Tokamak

In this article, we describe the major instruments of laser Thomson scattering system on HL-2A, and introduce the experimental measuring results of one-point electron temperature and density in the core plasma mostly.     

Electron temperature (T e) measurements by Thomson scattering system

Thomson scattering technique based on high power laser has already proved its superoirity in measuring the electron temperature (T _e and density (n _e) in fusion plasma devices like tokamaks. The method is a direct and unambiguous one, widely used for the localised and simultaneous measurements of the above parameters. In Thomson scattering experiment, the light scattered by the plasma electrons is used for the measurements. The plasma electron temperature is measured from the Doppler shifted scattered spectrum and density from the total scattered intensity. A single point Thomson scattering system involving a Q-switched ruby laser and PMTs as the detector is deployed in ADITYA tokamak to give the plasma electron parameters. The system is capable of providing the parameters T _e from 30 eV to 1 keV and n _e from 5 × 10¹²cm⁻³−5 × 10¹³cm⁻³. The system is also able to give the parameter profile from the plasma center (Z=0 cm) to a vertical position of Z=+22 cm to Z=−14 cm, with a spatial resolution of 1 cm on shot to shot basis. This paper discusses the initial measurements of the plasma temperature from ADITYA.     

HL-2A装置Nd:YAG激光汤姆逊散射多道测量系统

利用Nd:YAG激光汤姆逊散射多道测量系统对等离子体多空间点的电子温度和密度进行了测量。用标准光源和电扫描单色仪构成的标定系统对散射光谱的响应系数进行了标定。给出了等离子体中心附近6空间点的温度和密度的测量结果,时间分辨率为100 ms,空间分辨率约为2.2 cm。对实验结果的不确定度进行了估计,为-12% ~ 12%。实验结果证明：系统可测量等离子体温度的空间范围为-35 ~ -3 cm,实验数据稳定可靠。     

A simulation study of Tsinghua Thomson scattering X-ray source

Thomson scattering X-ray sources are compact and a?ordable facilities that produce short duration, high brightness X-ray pulses enabling new experimental capacities in ultra-fast science studies, and also medical and industrial applications. Such a facility has been built at the Accelerator Laboratory of Tsinghua University, and upgrade is in progress. In this paper, we present a proposed layout of the upgrade with design parameters by simulation, aiming at high X-ray pulses flux and brightness, and also enabling advanced dynamics studies and applications of the electron beam. Design and construction status of main subsystems are also presented.     

A simulation study of Tsinghua Thomson scattering X-ray source

Thomson scattering X-ray sources are compact and affordable facilities that produce short duration, high brightness X-ray pulses enabling new experimental capacities in ultra-fast science studies, and also medical and industrial applications. Such a facility has been built at the Accelerator Laboratory of Tsinghua University, and upgrade is in progress. In this paper, we present a proposed layout of the upgrade with design parameters by simulation, aiming at high X-ray pulses flux and brightness, and also enabling advanced dynamics studies and applications of the electron beam. Design and construction status of main subsystems are also presented.