关于HL_1M马赫探针及其诊断数据处理

H L- 1M 托卡马克中的中子通量和辐射剂量当量测量3杨进蔚 宋先瑛 李 旭 张 炜 ( 核工业西南物理研究院 , 成都 610041) 郦文忠 王世庆( 成都理工大学工程技术学院 , 乐山 614007) (2004 年 6 月 21 日收到 ;2004 年 12 月 7 日收到修改稿)用 5 台带有慢化剂 (聚乙烯) 的 BF 3 正比计数管中子探测器测量中子通量和剂量当量. 4 台置于 HL- 1M 装置的四周 ,分别测量了在氘等离子体条件下 ,因欧姆加热和波加热产生的热核聚变中子产额 、中子通量和剂量 ,以及氢 等离子体条件下因高能 x 射线引起的光致核反应而产生的光致中子. 另一台流动于其他 6 个观察点 ,主要监测中 子剂量当量. 在 D- D 聚变条件下 ,实测中子产额与计算值作比较 ,两者在数量级上大体一致. 中子辐射剂量当量远 低于国家和部颁标准 ,更低于国际防护委员会推荐的中子辐射允许剂量当量最大值.关键词 : BF 3 正比计数管 , 光致中子 , 氘- 氘聚变中子 , 剂量当量PACC : 5270 , 1420C , 2880F射可产生能量超过 10 MeV 的高能 x 射线 ,当它们在穿透等离子体或器壁物质时 ,如果其能量超过此种 物质光致核反应的能量阈值 ,将导致光致核反应. 光 核反应通常产生光致中子 ,但也可产生质子或α粒 子. 测量光中子的产额 、通量及能谱 ,为研究逃逸电 子行为及其约束 、漂移 、轨道 、不稳定性 、逃逸成分 、 逃逸电子流对第一壁或孔栏的损伤以及对再循环和 杂质的影响提供重要的诊断手段. 本文将分别给出11 引 言磁约束聚变研究最直接的目的是为了研制具有 商业价值的热核聚变反应堆 ,为人类提供廉价 、干净 且充足的聚变能源. 在热核聚变反应中 ,无论是氘-氘(D- D ) 或氘- 氚 (D- T ) 聚变 ,均伴随着产生巨量的聚变中子. 通过测量聚变中子的产额 、通量及其能谱 , 可研究高温等离子体芯部的能量约束和输运过程 、 运行模式 、磁流体不稳定性 、等离子体约束 、破裂和 大破裂 ;研究各种放电条件 、加热方式及运行模式条 件下聚变反应效率 、聚变反应功率及其时空分布 ;测算其他聚变产物如质子 、氚 、3He 、α粒子等的产额 ;评估聚变中子对器壁和周边物质的活化效应 、对环 境的影响 、辐射剂量及其分布 、对于堆材料特别是第一壁的辐射损伤 (如冷脆 、起皱等) 、对诊断仪器的辐射损害 ;开发新的低活性抗中子辐射新材料 ,设计聚 变中子倍增包层和聚变燃料氚的增殖包层等. 因 此 ,聚变中子测量是燃烧等离子体最重要的诊断手段. 在 H +等离子体中 ,由于高能逃逸电子的轫致辐D +和 H +等离子体条件下 4 台 BF 正比计数管测出3 的 D- D 热核聚变中子和光致中子的通量和剂量的时空分布变化 ,D- D 聚变中子产额测量值及根据 D + 等离子体的密度 、温度及其分布概算的 D- D 聚变中 子产额 ,并对环境 、辐射防护及剂量安全方面做出 评估.21 实验安排及测量仪器本实验的测量仪器为 5 只品质及参数完全相同 的 BF 3 正比计数管 , 尺寸为 <50 mm ×350 mm ,内充810 ×105Pa 的 BF 气体,置于厚度为 65 mm 的圆筒 3 3国家自然科学基金( 批准号 :10175012) 和核工业西南物理研究院人才再培养基金资助的课题.4 期杨进蔚等 : H L- 1M 托卡马克中的中子通量和辐射剂量当量测量1649型聚乙烯慢化体中 ,计数管放置在 HL- 1M 装置的四 周及各探测点 , 共 10 个探测点 , 探测点的分布见 图 1 .冲 ,所以进行探测效率刻度是必要的. 本实验使用 2的 BF 3 管的探测效率为 1116 cm ·s.31D - D 聚变中子测量氘等离子中 ,在欧姆和波加热条件下 D- D 热核聚变中子产额为1n D D ( t )r , t ) ) d V p ,(1)式中2 R ( T i ( r n D 〈σv D D 〉,d V p = r ( R 0 - r co s θ) d θd φd r .〈σv D D 〉的估算可由 G am ow 方程表示为离子温度的 函数.图 1 固定探测器和流动探测器测量点分布示意图- 2Π3- 1Π3〈σv D D 〉= A 1 T i ( r , t )ex p [ - A T ( r , t ) ] . 图 1 中位置 1 —4 为固定测量点 ,主要测量中子 通量及其分布 ,探测器圆筒中间横截面与托卡马克 中平面等高 , 中轴线垂直于水平面. 位置 5 —10 用 于测量中子辐射剂量及装置周围辐射本底水平的 变化 ,探 测 器 垂 直 置 于 地 面 上. BF 3 工 作 电 压 为+ 2000V ,输出脉冲高度为十几毫伏 ,经前置放大器 (10 倍) 、主放大器 (30 倍) 、甄别器 、成型电路等模块组成的电子学线路 , 输出幅度为 20 m A 、脉冲宽度0115 m s 的电流脉冲. 探测器对中子的能量响应范围为 012 eV —5 MeV ; 无慢化剂时探测器灵敏度为1710 ±013 cm 2 ·s ; 量程范围为 2 ×10 - 2 —20Πcm 2·s. 此种探测器有较好的抗γ 射线性能 , 因为其核过 程为2 i这里 , R 是单位体积等离子体中每秒的聚变中子产额 ; T i , n D 分别是氘离子的温度和密度 ; R 0 , r ,θ,φ 分别是托卡马克大半径 、小半径 、极向角和环向角 ;- 14 A 1 , A 2 是常数 (在 G am ow 表达式中 , A 1 = 2193 ×10 ( k eV)2Π3, A = 19187 ( keV ) 1Π3) . 在 D- T 等离子体中 ,2 D- T 聚变中子产额为n= ∫n n 〈σu 〉d V ,(2)DT D TDTpV p式中 , n D , n T 分别是氘 、氚离子密度 , u 是它们的相 对速度〈, σu 〉的计算见文献2 . 在 HL - 1M 的氘等 DT 离子体放电中 ,我们选择那些 n D 较高并且硬 x 射线 通量很弱的放电 ,此种情形下光致核反应基本上可 以排除. 此外 ,我们也不考虑 D- D 聚变的另一分支D (D ,p ) T ,以及由此引起的 D- T 聚变. 由于我们的 Li 7+α + 2179 MeV ,(a )10B + n探测器可测出中子通量 , 那么总的中子产额 由下式给出 :πn tot 可 Li 3 7 Li3 7+α + 2131 MeV ,→Li 7+γ + 480 keV.( b )n t ot ( t )= ∫这里 ,反应 (a ) 占 6 % ,反应 ( b ) 占 94 % , 反应生成物d β, n ( )< t -π8π S 2 2(β) α粒子和 Li 7对 BF 气体电离 ,因其电离截面远大于γ 3 S 2= ( R + d ) 2R 2- 2 ( R + d ) R co s β,射线的电离截面 ,故它们所携带的能量通过电离几乎被完全吸收 ,形成幅度很高的脉冲. 而γ射线在透 过 BF 3 管时 ,因康普顿散射仅小部分能量被吸收 ,形成很小的脉冲 ,采用幅度鉴别器可将γ射线形成的 小脉冲去掉 ,因此γ射线对此种探测器的影响可降至最低. 在外照射量率为 41658 ×10 - 9C Πkg ·s 的γ 辐射场条件下测量中子通量 ,由γ射线引起的误差 在 ±314 %以内. 由于 BF 3 正比计数管易产生寄生脉+ 0 0 0 0 (3)式中 , d 是观察点到 HL- 1M 托卡马克中心轴线的距 离 , R 0 是大半径. 图 2 是氘等离子体放电参数及实验测出的距 HL - 1M 托卡马克真空室外壳 3 和 4 m 处 中子通量的平均值 ,分别由 1 ,2 号和 3 ,4 号探测器 测出. 由于中子通量较低 ,探测器的探测效率有较大 涨落 ,故存在较大的测量误差. 同时 ,这还说明聚变1650物 理 学 报54 卷图 3 7515 次放电 D - D 聚变中子产额的测量平均值和根据密 度、温度测量得到的概算值探测器测到的中子通量其中有些不是来自因 D- D 聚变产生的中子环 , 部分散射中子进入了探测器. 但是由于所使用的 BF 3 探测系统主要用于剂量测量 ,运行在脉冲模式下 ,其计数率很低( 探测器输出 20 m A ,0115 m s 宽的电流脉冲) ,所以漏计的可能性很大 ,其结果可部分 ( 或全部) 抵销散射中子误差. 因此 ,我们怀疑本次放电的离子温度和密度的测量 值略偏低.41 光致中子测量在 H +等离子体条件下 ,我们测量了由高能 x 射线产生的光中子. 若高能电子轰击等离子体中的离子 、器壁或孔栏 ,因轫致辐射产生高能 x 射线 ,在此情形下如果硬 x 射线的能量足够高 ( 超过此种物质 的光核反应的能量阈值) , 将导致光核反应 , 例如D (γ,n ) ,58 Ni (γ,n ) 57Ni ,52Cr (γ,n ) 51C r 等. 每个高能逃 图 2 D + 等离子体放电时各主要等离子体参数和聚变中子通量的变化 H x 1 为 NaI 探测器测到的 E x ≥012 MeV 的高能 x 射线辐 射强度 ; H x2 为 H gI 2 探测器测到的 E x ≈15 —150 keV 中能 x 射线 辐射强度3 ,4逸电子产生的光中子由下式确定 :中子辐射强度的方向性特点. 由于 1 ,2 号探测器到装置的距离小于 3 ,4 号探测器 ,故所测中子通量值 略高. 由图 2 观察到的中子通量可以确信来自 D- D 聚变 ,此时因等离子体密度升高 , 高能逃逸电子锐减 ,事实上已观察不到高能 x 射线 ( 见图 2 中的 x 射 线辐射强度 H x1 信号) ,故不可能由光致核反应产生光中子. 图 3 是所测得的中子通量经( 3) 式得到的 聚变中子产额平均值以及由实测所得等离子体离子密度 、温度及其分布经 ( 2) 式的计算值 ,两者比较在数量级上相符. 由图 3 可见 ,两条曲线的形状大体一 致 ,说明本测量系统基本可靠. 最大实验测得聚变 中子平均值比计算值高出近两倍的原因 , 在于 BF 3- ε) X σ F ( E ) ,Z L( E 0 Y = 2. 47 ×10 - 6 γ 0 W 0 A L A WS ( Z L )(4)式中 , A L , A W 分别是孔栏和器壁物质的原子量 , Z L 是孔栏物质的原子序数 , E 0 是逃逸电子的能量 ,ε是 高能x 光子的能量 , S ( Z L ) 是高能逃逸电子在孔栏物质中因电离和辐射能量损失的总和( 单位为 2 )MeV ·g ·cm , X γ是硬 x 射线在孔栏物质中能够产生光致核反应的辐射长度 ,σ0 是硬 x 射线透射孔栏物 质时的光致核反应的反应截面 , F W ( E 0 ) 是积分因 子 ,计算方法见文献4 .4 期杨进蔚等 : H L- 1M 托卡马克中的中子通量和辐射剂量当量测量1651从图 4 可以看出 ,光中子的产生和峰值与高能x 射线辐射强度相一致. 根据 J E T 的经验公式 ,光中子的产额为的是 D- D 聚变中子剂量当量测量值 ,图 5 ( b ) 给出的是光致中子剂量当量测量值. 仪器给出的剂量当量 值的积累时间为 55 m s. 测量表明 :按积累剂量当量 评估 , HL- 1M 装置每次放电中无论是由 D- D 中子或 是光致中子引起的积累剂量当量 ,在距装置环形外 壳 3 m 处不超过 50 nSv 水平. HL - 1M 托卡马克每年 运行中的放电次数以 3000 次计 ,年最大积累剂量当 量仅为 0115 m Sv Πa . 而运行和实验人员的工作区离 HL - 1M 装置外壳的最近距离超过 10 m ,且有简单的n = 7 ×1012 I 216,(5)p式中 , n 是光中子的产额 ( 单位为 s - 1) , I 是等离子P 体电流 (单位为 MA ) . 若按 ( 5) 式估算 ,我们的测量值偏低较多. 其原因是探测器的输出脉冲宽度较大 ,系统的计数率低 ,漏计的可能性大 ; 其次是( 5) 式的 定标关系对于 J E T 这种大型托卡马克是正确的 ,但 是否适用于中型的 HL- 1M 托卡马克则需要斟酌.图 4 光致中子通量的测量结果51 中子辐射剂量测量图 5 中子剂量测量结果 (a) D - D 聚变中子剂量当量值 , ( b) 光致中子剂量当量值. ■距 H L- 1M 装置外壳 3 m 处 , ○距 H L- 1M 装置外壳 4 m 处此探测系统主要用于测量中子辐射剂量. 在图1 所示的各测量点监示中子辐射剂量水平并备有报 警装置 ,中子辐射剂量当量一旦超过有关部门制定 的允许剂量当量标准 , 探测系统将自动报警. 国际 防护委员会推荐的中子辐射允许剂量当量 (MPD ) 最 大值为 50 m Sv Πa ,国家为保护环境和保护人民群众 及放射性从业人员的身体健康 ,制定了新的更为严格的允许剂量当量标准(5 年累计不超过 100 m Sv ) , 核工业总公司制订了比国家标准更严格的允许剂量当量标准 (5 mSv Πa ) . 需要说明的是 ,允许剂量的当量标准是年积累剂量当量 , 而非瞬时剂量当量率. 中子剂量当量的测量结果见图 5 ,其中图 5 ( a ) 给出屏蔽物 (铅皮和水泥墙 , 主要屏蔽硬 x 射线和γ射线) ,因此工作人员受到中子辐照的剂量当量远低于 最严格的允许剂量当量标准 , 所以是相当安全的. 由于对脉冲式中子辐照生物效应的研究目前知之甚 少 ,其剂量当量标准套用了连续辐照条件制定的标 准. 因此 ,从安全角度考虑 ,建议在高功率氘等离子 体放电条件下 ,中子产额达到 1011Πs 时 ,装置四周应覆盖碳- 氢化合物中子吸收屏蔽层 ( 如 30 cm 厚的石蜡层或 50 cm 厚的压缩木材) .1652物 理 学 报54 卷的中子进入了探测器 ,同时不能完全排除硬 x 射线 和γ射线产生的光致中子的影响. 剂量当量测量表 明 :即使按每次放电最大的累积剂量当量评估 ,年中 子积累剂量当量在离 H L- 1M 装置外壳 3 m 处不超 过 0115 m Sv , 低于最严格的核工业总公司标准 ( 5mSv Πa ) 水平. 对于工作在距 HL- 1M 装置外壳 10 m 外的工作人员 ,受到的中子辐射剂量当量非常低 ,是相 当安全的. 对周围环境辐射剂量水平的影响也是非 常微小的.61 结论与讨论我们用 5 台品质及参数完全相同的 BF 3 正比计数管测量了 D- D 聚变中子和光致中子的通量和剂 量当量 ,用实验数据估算了 7515 次放电的 D- D 聚变中子产额 , 峰值为 115 ×108Πs , 比计算值高出 2 倍. 可能的原因在于 ,BF 3 探测器测到的中子通量之中有 些不是来自因 D- D 聚变产生的中子环 ,部分经散射1 ] Y ang J W 1996 Nucl . Fusion Plasma Phys . 16 (1) 24 (in Chinese )[ 杨进蔚 1996 核聚变与等离子体物理 16 (1) 24 Br ow n R E , Jamie N , Hale G M 1987 P hys . Rev . 35 1999 Y ang J W , Zhang G Y , Liang W X et al 1993 Nucl . FusionPlasma Phys . 13 (3) 32 (in Chinese) [ 杨进蔚、张光阳、梁文学等 1993 核聚变与等离子体物理 13 (3) 32Jarvis O N , Sadler G , Thompson J L 1988 Nucl . Fusion 28 19812 ]3 ]4 ]Me a s u re m e nt of ne u tro n ra d iatio n flux a nd do s eo n H L - 1M to k a m a k 3Y ang Jin- W ei S ong X ian- Y ing Li Xu Zhang W ei( Southwe stern In stitu te o f Physics , Chengdu 610041 , China )Li Wen- Z hong Wang Shi - Q ing( College o f Engineering and Technology , Chengdu Un iver sity o f Science and Technology , Leshan 614007 , China )( Received 21 J une 2004 ; revised manuscr ipt received 7 D ecember 2004)AbstractFive BF 3 l ong c ounters are arranged in all around the H L - 1M tokam ak to m easure the flux and dose of neutron radiati o n under the situati ons : the em issi on of D - D fusi on neutron being in deuterium plasm a or the em issi on of phot o- neutron being in hydr ogen plasm a . The resul ts of m easurem ent are com pared with those of calculati on , both agree roughly with each other . T he dose equivalent of neutr on radiati on is very l ow , the m easured value is far bel ow the nati onal and m inistry issued standards of perm issible dose equivalent .K ey w ord s : BF 3 counter , phot o- n eutron , fusi on neutr on , dose equivalent PACC : 5270 , 1420C , 2880F3Pr oject supported by the N ational N atural Science Foundation of China ( G rant No . 10175012) and the Retraining Foundation f or Talents Ability of S outhw estern I nstitute of Physics , China .。

专利名称：一种低温高马赫数测试用探针温度标定装置专利类型：发明专利
发明人：桂幸民,周成华,闫嘉祥,宋满祥,金东海
申请号：CN201811292130.1
申请日：20181031
公开号：CN109186815A
公开日：
20190111
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种低温高马赫数测试用探针温度标定装置。

航空发动机风扇/压气机单级压比相对较低，处于高进气马赫数、低温升的工作状态，通过温升测试难以获得准确的功率和效率评估。

导致这一问题的根本原因是低温高马赫数情况下传感器换热系数无法准确获得，目前国内关于这类温度测试的标定方法均不能很好地解决这一测试精度问题，为此提出了一种温度探针互较的方法以解决温度的测试精度问题。

本发明在校准风洞上利用两支完全相同的待测探针进行互较，再用标准温度探针进行复温比的标定，可以很好地对温度测试结果进行修正。

在此基础上，本发明的标定装置不仅能标定马赫数带来的复温比差异，同时能够标定总温、总压、气流角对复温比的影响。

申请人：北京航空航天大学
地址：100191 北京市海淀区学院路37号
国籍：CN
代理机构：北京慧泉知识产权代理有限公司
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马赫探针制作及实验平台搭建1.1 马赫探针的制作1.1.1马赫探针的制作材料钨丝，作为探针材料和等离子体直接接触。

钨丝具有低二次电子发射系数、溅射率小、功函数高等特点，但钨的硬度大且脆，很难加工，在制作方面需细致耐心。

陶瓷，作为绝缘套筒包裹探针。

陶瓷因为其良好的绝缘性能，保证探针能够伸入到等离子体中央，又尽量降低对等离子体的扰动。

且陶瓷具有一定的可塑性，可对陶瓷管进行打磨。

聚四氟乙烯，作为保护和绝缘管包裹钨丝和真空导线。

聚四氟乙烯具有耐高温、高润滑，电绝缘的特点，其使用温度最高可达250℃，并且是固体材料中摩擦系数最低者。

同时，聚四氟乙烯的电绝缘性很好，最高可耐1500V 高压。

PET 热缩管，用于探针制作过程中的连接与固定。

PET 热缩管具有良好的耐热性、电绝缘性和机械性能，并且其最高可以在6110Pa -⨯的真空中使用。

1.1.2 马赫探针的制作过程将长12cm ，直径为6cm 的六孔陶瓷管进行打磨，在其五孔的侧面开3mm*1mm 窗口，留下一面封闭，作为参考探针。

打磨后陶瓷管：图1.1 打磨后的陶瓷管探针窗口长宽数据如下：表1.1.2 探针窗口长宽探针窗口长（cm）宽（mm）窗口1 2.640.83窗口2 2.700.78窗口3 2.600.92窗口4 2.420.90窗口5 2.420.82将陶瓷管用酒精进行清洗。

取六根15cm左右长钨丝，用砂纸打磨去掉表面污浊，并用酒精清洗。

将钨丝插入陶瓷管的六孔中，参考探针伸出陶瓷管3mm，尾端部分留3cm钨丝连接导线，钨丝插入陶瓷管后如图1.2：图1.2 钨丝插入陶瓷管后端钨丝和真空导线连接，将钨丝和真空导线挤入同一个空心铜柱，用六角钳压紧，钨丝和真空导线外部均套有聚四氟乙烯管，起保护和绝缘作用。

在钨丝和真空导线之间套上一层热缩管，以固定套在外部的聚四氟乙烯管。

连接完成后如下图：图1.3 后端钨丝与真空导线连接1.2磁力传动杆磁传动是从稀土永磁材料发展起来的一项高新技术。

现场操作手册FOM1.1 MRIL 安全MRIL是一种粗糙不平的仪器，这已经在全世界的现场被证实。

应当遵循可靠的预防措施来延长仪器的工作寿命，并且更重要的是确保所有的涉及它的操作人员的安全。

正如以前规定，放射性辐射源与该仪器没有关联，因此不论在车间还是井场这对于个人安全表现出实质性的提高。

1.2 标准操作步骤1.2.1 化学安全硫酸铜，用于刻度目的溶解到水，有毒绝对不应摄食。

操作处理固态或者溶液形式的硫酸铜应戴橡胶手套。

化学药品的排废需要小心并且依照当地环境法规。

详情咨询你所在地区的HSQE（健康安全质量环境）官员。

咨询材料安全数据表（MSDS）以进一步小心操作和处理。

1.2.2 电气安全总要检查测井电缆的绝缘和连通特性。

在仪器串物理拆离前总要放出储存在电容储能部分的高电压。

该高压电平能在MRIL测井控制窗口中监视到。

绝对不可在套管中给发射器供电。

绝对不可在电子线路部分没有连接井场校验器或者天线探头推靠部分给发射器供电。

如果没有置入法拉第筒绝对不可以在地面对全部仪器串供电。

总要仔细注意供电和断电步骤特别是仪器组合了其它的服务项目。

1.2.3 机械安全仪器极其重。

强烈建议使用小型移动式吊车来搬上或者搬下仪器到任何平板式运输工具。

当使用任何类型的吊车提升仪器时仅仅使用认证过的吊带。

你的装备包裹里提供的精灵吊，当按照每一部使用说明时在车间环境里使用会极好帮助提升和移动仪器。

MRIL天线推靠探头部分应该特别仔细处理。

避免任何撞击当：——装入或者卸载仪器；——井口装卸仪器；——运输仪器；——清洗仪器。

1.2.4 强力永久磁场天线推靠探头部分（永磁铁）在周围环境布满大量铁磁性材料处如钻井平台和/或施工步道会难于放置到位。

手指、手掌、臂和腿会夹住到仪器和比方说一柱钻杆之间。

针对危险要培训操作手。

带心房脉冲产生器者不应靠近仪器。

天线推靠探头部分发射出的磁场强度足以导致使用铁磁性植入物的人不适。

天线推靠探头部分有关的永磁铁场强足以消除基于磁性编码的象磁带、磁盘和信用卡。

等离子体旋转速度的测量方式——马赫探针3.1静电探针原理静电探针在高温等离子研究中是一种常用也是十分有用的诊断工具。

静电探针结构简单故比较容易制作，使用的方法比较灵活且拥有较好的空间分辨能力，最早被用来测定等离子体参数，包括等离子体密度、电子温度、悬浮电位、空间电位、速度分布及其涨落等。

静电探针的悬浮电位和饱和流的涨落信号可以研究等离子体流速和湍流输运，是进行等离子体诊断的重要手段[3]。

静电探针需直接伸入等离子体中进行直接接触测量，不可避免会影响局部等离子体的状态，因此探针的设计前提必须是足够小，把对等离子体的扰动降得尽可能低。

即便如此，静电探针仍然会也一定程度上改变了测量位置附近的等离子体原始状态，因此要获得比较准确的实验结果，还需要对获得的实验信号按照不同情况进行滤波与修正。

Langmuir 和Mott-Smith 在1926年提出了这种圆柱形金属探针[4]，并详细介绍了其工作原理。

MARTIN HUDIS 和L.M.LIDSKY 在1970年提出了Directional Langmuir Probe [5]，进一步完善了探针的理论。

N.Hershkowitz 对探针的理论在不同的条件下进行了总结[6],不过在简单的条件下，可以对探针的伏安特性曲线给出比较明晰的解释，从而得到等离子体的电子密度e H 、电子温度e T 、空间电位p V 及悬浮电位f V 等重要参数。

这里的简单条件是：① 等离子体是无限均匀的，并且处处满足准中性条件；② 不存在磁场，即0B =;③ 等离子体是稀薄的，电子和离子的平均碰撞自由程e λ、i λ远大于探针尺寸R ，即1e R λ和1i R λ ④探针的尺寸和鞘层厚度相比较，鞘层厚度要远小于探针的尺寸，即1D R λ;⑤鞘层以外的等离子体不受探针干扰，即鞘外粒子速度分布函数满足麦克斯韦分布，且离子温度远小于电子温度；⑥电子和离子打到探针表面被完全吸收，即探针表面是纯吸收体，次级电子的发射可忽略或者无次级电子发射；⑦探针表面为无限大平面，平面探针的边缘效应可以忽略。

实验报告马赫曾德干涉仪实验报告马赫-曾德干涉仪2011-03-17 11:20 P.M.班级08级物理系*班组别_1_姓名_Ayjsten_学号1080600*日期_ 2010.03.02指导教师_ _【实验题目】马赫-曾德干涉仪马赫-曾德干涉、针孔滤波器、相干长度。

【实验目的】1.熟悉所用仪器及光路的调节，观察两束平行光的干涉现象。

2.观察全息台的稳定度。

3.通过实验考察激光的相干长度。

【实验原理】针孔滤波器激光从发出，经过各种透镜的反射折射，会产生很多杂散光，如光学元件表面本身不够平整，表面落有灰尘等，而激光的干涉性又好，元件表面的问题导致激光产生大量散射光。

针孔滤波器原理图见图?，如图所示，聚光镜汇聚光的同时还产生很多散射光，而这些散射光的光线与没有受到干扰的光束的方向不同，只有没有受到干扰的光束才能通过针孔，从而过滤掉了其他的干扰光。

针孔的直径很小，一般约，从针孔后面看，就可以把它当做一个能产生球面波接近理想的光源。

这对于光学研究有重要的意义。

全息工作台基本要求是工作台的稳定性要好。

振动的一般来源是地基的震动，所以必须对全息台进行减震处理。

专用全气浮工作台是最好的减震台。

简单的减震方法可用砂箱、微塑料、气垫和重的铸铁或花岗岩，并应安装一个隔离罩。

记录全息图时，室内不要通风，工作人员不要大声讲话并与工作台保持较远的距离。

如全息记录时，物光和参考光交角为θ，干板中央处的干涉条纹间距为d=λ/sinθ(λ为激光波长)。

如果干板以大于d/2的振幅上下震动，则明暗部分将混乱。

所以在记录全息的过程中，工作台的稳定性必须考虑。

马赫-曾德干涉马赫-曾德干涉是用分振幅法产生双光束以实现干涉的干涉仪。

具体光路图见下图?所示。

马赫-曾德干涉中，在分束镜2处汇聚的两路激光一般是存在一个夹角的，调整分束镜2使夹角减小，则白屏上观察到的干涉就更明显。

由分束镜分开后的两路光路长度，要求是等长的。

若相差超出实验用的激光器的最大相干长度，则不能出现干涉。

用马赫探针阵列测量HL-1M装置边缘涨落和流速
洪文玉
【期刊名称】《核聚变与等离子体物理》
【年(卷),期】1998(000)001
【摘要】无
【总页数】1页(P42)
【作者】洪文玉
【作者单位】无
【正文语种】中文
【相关文献】
1.快速扫描探针在HL-2A装置边缘的参数分布测量 [J], 程均;严龙文;洪文玉;钱俊
2.HL—1M装置LHCD和ECRH实验的边缘流速和电场测量 [J], 洪文玉;李强;等
3.HL-1M装置边缘参数测量 [J], 洪文玉;李强;王恩耀
4.HL-1M装置边缘等离子体测量 [J], 洪文玉
5.HL-1M装置边缘扰动和流速的实验研究 [J], 洪文玉;王恩耀;潘宇东;陈燎原;徐小桥;杨式坤;邓慧忱
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等离子体旋转速度的控制和测量本文主要工作在中国科学技术大学等离子体物理专业的KMAX（串节磁镜）装置上进行，开展偏压实验，并使用探针对加偏压后的等离子体进行诊断。

首先，为KMAX装置的偏压电极安装外部电路，使其可以可控地为等离子体加上准确数值的偏压。

当偏压加在等离子体上时，等离子体与装置壁会形成电势差，存在径向电场。

径向电场和轴向磁场使等离子体在极向上产生电漂移速度，改变等离子体旋转。

其次，设计组装了马赫探针，包含制作材料选择，制作过程，外部电路，磁力传动移动方式及其对外部环境的影响。

马赫探针由相互隔离的多只静电探针组成，从各探针收集的离子饱和流，使用物理模型可分析得到等离子体的马赫数，测出离子流速。

最后，对等离子体的旋转速度进行初步测量。

初步测量过程中发现，马赫探针收集到的电压信号上叠加了几百赫兹到几千赫兹的波，显著地影响了马赫探针对离子饱和流的测量，这部分波可能来自等离子体的不稳定性，也可能来自外部噪声。

对比不同偏压、不同磁场下马赫探针的悬浮电位信号，发现偏压的提升和磁场的增强有利于等离子体参数的提高。

关键词：磁镜，偏压，等离子体旋转，马赫探针第一章引言作为宇宙中占有99%的一种物质的存在状态，等离子体被用于物理学领域来描述气体电离后的物质，被称之为物质的第四态。

当然，不是任何电离的气体都能称作等离子体，等离子体是带电粒子和中性粒子组成的表现出集体行为的一种准中性气体。

等离子体物理的研究将实现受控热核聚变，为人类提供未来最理想的能源。

受控热核聚变反应可通过两条途径来实现，一条途径是磁约束聚变，另一途径是惯性约束聚变。

这两条途径都是通过实现氘氚聚变反应来获得能量，到目前为止都取得了很大的进展。

磁镜或类磁镜结构的装置作为磁约束聚变的位形之一，是实现聚变能源商业化的一支潜在力量。

磁镜通过产生由弱到强的磁场位形，使带电粒子的运动方式就像光线遇镜面发生反射一样，带电粒子在两磁镜之间来回反射，将带电粒子约束在其中。