瞬态等离子体温度光谱法诊断技术研究及应用

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1、万方数据博士学位论文瞬态等离子体温度光谱法诊断技术研究及应用作者：翟洋指导教师：朱日宏教授南京理工大学2014年2月万方数据Ph．D．DissertationResearchandApplicationofSpectroscopVDiagnosticsinII．，一TransientPlasmaTemperatureByYangZhaiSupervisedbyProf．RihongZhuNanjingUniversityofScience＆TechnologyFebruary,2014万方数据声

2、明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：。涮千年≯月廖日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，

3、按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：出少年明一日万方数据博士论文瞬态等离子体温度光谱法诊断技术研究及应用摘要目前等离子体温度诊断主要存在两个难点：一方面是国防军事领域中，瞬态高速动力发射系统工作时，系统膛内产生的超高温等离子体的温度诊断：另外一个是以高温磁约束受控核聚变过程为代表的空间二维／三维分布的等离子体温度诊断。本文基于空间光谱技术，通过对目标等离子体辐射的光谱光强的瞬态过程探测，以及解包含有等离子体光谱信息的干涉图，分别可以实现对瞬态过程和空间二维等离子体温度诊断。主要研究内容包括以

4、下几个方面：首先为了实现动态发射系统等离子体温度实时诊断，研究了黑体普朗克辐射定律的基本性质。针对该定律中光谱发射效率这一未知参数难以直接计算或实验得到的难题，提出了先利用假设模型与假设方程方法替换光谱发射效率，再通过以各波长通道曲线拟合方法重构等离子体的辐射温度和各波长通道的光谱发射效率。根据光谱发射效率假设模型类型的不同，提出了基于最小二乘法理论的改进型的自动寻阶法和逐步回归法的拟合算法。仿真结果表明，综合利用以上曲线拟合方法得到的辐射温度的误差限定在1．5％以内，光谱发射效率拟合结果误差不

5、超过0．1。根据以上方案研制了一台实体多光谱瞬态测温仪样机。样机核心采用超高分辨率的反射式光栅和超快响应的雪崩二极管探测阵列，并利用氖灯和汞灯对样机进行了光谱波长标定，随后采用溴钨灯对标定结果进行了验证。实验表明，系统光谱分辨率可达到0．4rim，中心波长位置误差可以控制在0．55nm以内。对所研制的样机进行了实验室和外场实验，结果表明，该装置成功捕获了发射装置工作时不足10ms的火焰光谱强度走势曲线，时间分辨率最大可以达到100I．ts，火焰温度计算结果误差不超过2％。为了进一步得到磁约束装置

6、内空间二维瞬态等离子体的温度和速度分布，本文研究了等离子体在温度场和磁场综合影响下的光谱展宽机制，并在此基础上建立干涉图相干度和重构光谱线形之间的傅里叶变换对关系、干涉条纹相位移动与多普勒漂移速度、干涉条纹对比度下降与离子温度导致光谱增宽的对应函数关系。另外设计了基于激光光源绝对标定法、四步移相和三步移相的恢复条纹对比度和相位的算法，适合随时间缓慢或者快速变化的空间二维等离子体诊断情况。根据以上分析和干涉光谱理论，设计了一台偏振干涉成像光谱仪样机，并重点讨论了视场增强型Savart剪切分束器设计

7、和装调。利用ArII488．0nm激光对样机进行光谱重构标定。结果表明，样机在有效波段内的最大光谱分辨率可达86．8crn-1，视场角可达5．54。，波长位置误差不超过0．1nm。利用该样机对螺旋T万方数据摘要博士论文波等离子体发生装置MAGPIE(MagnetizedPlasmaInteractionExperiment)ArII488．Onto等离子体进行了诊断测试，重构了磁约束条件下的等离子体的多普勒漂移速度和离子温度。通过改变MAGPIE的几个配置参数(射频天线激发功率、气体气压和磁场强

8、度)，样机也清晰的展现了等离子体多普勒速度和离子温度改变情况，和等离子体物理学理论推断相一致。关键词：等离子体，温度，多普勒速度，干涉成像光谱技术，瞬态，磁约束II万方数据博士论文瞬态等离子体温度光谱法诊断技术研究及应用AbstractNowadaystherearetwomainchallengingproblemsinthefieldoftransientplasmatemperaturediagnostics：oneistheultra-fastandultra-highplasmatem