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4 ， 电磁波散射

4 ， 电磁波散射. 电子温度测量 电磁波散射理论 非相干散射和相干散射 具体实验设备 ＬＩＤＡＲ. 电子温度测量. 激光 Thomson 散射测电子温度 T e. 电磁波的散射理论. 平面电磁波在单个电子上的散射. 入射电磁波. 推迟解. 在远处. 散射波振幅：. 频率和波矢. 若. 微分散射截面. （电子经典半径）. 对非偏振波. 总截面. 三种成份的散射： 电子 : 离子： σ T ∝ r 0 2 ∝1/m i 中性粒子 :. 电子均匀分布：总散射幅度为 0 电子密度涨落 ∝ ， 总散射功率 ∝ 频谱：电子速度分布信息.

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  1. 4，电磁波散射 • 电子温度测量 • 电磁波散射理论 • 非相干散射和相干散射 • 具体实验设备 • ＬＩＤＡＲ

  2. 电子温度测量

  3. 激光Thomson散射测电子温度Te 电磁波的散射理论 平面电磁波在单个电子上的散射 入射电磁波 推迟解 在远处

  4. 散射波振幅： 频率和波矢 若 微分散射截面 （电子经典半径） 对非偏振波 总截面

  5. 三种成份的散射：电子: 离子：σT ∝ r02 ∝1/mi 中性粒子: 电子均匀分布：总散射幅度为0 电子密度涨落∝ ，总散射功率∝ 频谱：电子速度分布信息 散射光强：单位体积等离子体向空间某一方向的单位立体角内、单位频率间隔的散射功率 单电子微分散射截面 形状因子 形状因子从动力学方程和Poisson方程得到

  6. 非相干散射和相干散射 非相干散射：Debye球内粒子上的散射可能有充分大的相差，可以探测到单粒子的行为 相干散射：Debye球内粒子的散射位相趋同，振幅迭加，“衣着粒子”作为整体被散射， 另一判断参数

  7. 非相干散射 Gauss轮廓 相干散射 电子成分贡献 离子成分贡献：Te<<Ti Gauss轮廓 Te〜Ti

  8. 探测一般的集体振荡模式

  9. Thomson散射和Rayleigh散射 在高温等离子体中，中性粒子的Rayleigh散射很弱，可以充进高气压测量，以作Thomson散射强度的定标。 在低温等离子体中，两种散射谱可同时测量。

  10. 实验装置的具体考虑 α＝１在温度密度平面上的位置 非相干散射：短波长激光器如可见区的红宝石，或YAG激光，90度散射角。 相干散射：远红外激光器，小角度散射。

  11. 典型Thomson散射测温度装置 在几个keV温度以上，须考虑相对论效应，谱线发生兰移 一般采用YAG或红宝石脉冲激光

  12. 具体实验设备 ＴＣＶ上的多点测量 ＪＴ－６０上的散射测量

  13. 光雷达技术用于散射测量LIDAR(light detection and ranging)

  14. 原理和典型参数 空间分辨δL=（tL+tD)/c JET:tL=300ps, 700MHz, δL=12cm

  15. JT-60上的集体散射测量 光路

  16. ５，电磁波干涉和Faraday旋转测量 • 干涉仪 • 偏振仪 • 反射仪 电子密度测量方法比较

  17. 电磁波干涉测量电子密度原理 Ｏ模折射率公式 密度接近临界密度 两束电磁波的光程差 相当于２π相移的密度线积分为

  18. 微波干涉仪 电磁波频率和临界等离子体密度的关系是f=9×103ne1/2。如果电子密度是1×1014cm-1，相应电磁波长为3mm左右。一般来说，用于托卡马克测量的波长应为10μm-2mm。 两束幅度频率相等，相位差△Φ的微波束迭加后

  19. 远红外激光干涉仪 例如，经常使用电激励的HCN远红外激光，工作频率337μm，相应临界密度1016cm-３。 偏振方向平行磁场 激光输出分为三束，除去测量束参考束外，还有一束用于调频，在一转动的圆柱形光栅上反射，利用Doppler效应使频率改变。它的值由光栅旋转速度决定。然后，这一调频光束又经分光后和另两束光迭加。这样两束光迭加后的调制振幅分别为cos(△φ/2+△ωt/2)和cos(△ωt/2) 。用平方律探测器接收信号后是两个频率为低频信号△ω，其间有一个相差△φ

  20. Faraday旋转测量（偏振仪） 平行于磁场方向传播的右旋波和左旋波的折射率 时简化为(郑5.6.5) 传播距离 l 两分量的相位差 线偏振光入射等离子体，测量偏振面的变化，得到平行方向磁场和电子密度乘积的积分值 知道密度分布计算极向磁场 知道极向磁场分布计算密度

  21. 偏振仪测量极向磁场或电子密度 ＣＯ２激光（9.27μm)的旋转角变化 可从切向射入测量电子密度分布 ＴＣＶ上的干涉仪－偏振仪

  22. 微波反射仪 电磁波传播方向与磁场垂直时，分为O模和X模。它们反射在ω=ωpeω=ωRω=ωL。(郑５.５) >ωpe, ωce <ωpe,ωce O模或X模垂直入射,在三个密度层反射,测量与参考束的相差,可以得到它们的位置

  23. ITER上Ｏ模型和Ｘ模的截止点 Ｘ模上截止从弱场侧注入，下截止从强场注入

  24. ６，电磁波发射 • 发射光谱 • 辐射测量 • ＥＣＥ • 软Ｘ射线测量 • Ｑ轮廓测量 START上的等离子体照片 弹丸注入时的照片

  25. 托卡马克等离子体的线辐射和连续辐射 ＣＡＳＴＯＲ装置上的光谱测量结果

  26. 用转镜实现空间扫描 HT-7上的光谱测量设备 FTU上Kr不同电离态的空间分布

  27. 不同区域发射光谱特征（现代大型托卡马克）

  28. 电子的轫致辐射 辐射功率密度 （温度单位keV） 存在几种杂质 功率谱 Gaunt因子 功率谱高频区主要取决于指数部分，对数坐标下斜率为-h/kTe， 低频区指数部分为１。 主要用于决定Zeff

  29. 用轫致辐射决定电子温度或Zeff 低频区轫致辐射谱 高频区轫致辐射谱 轫致辐射谱和复合谱的迭加

  30. 复合辐射 辐射复合 双电子复合 吸收边

  31. 日冕辐射模型 电离态速率方程 平衡时 碰撞激发　自发辐射跃迁 日冕模型，实验和理论比较 从两谱线强度比可计算电子温度 碰撞电离　自发辐射复合

  32. 原子和离子发射光谱序列

  33. 从中性粒子光谱线强度计算粒子约束时间 Ｈ离子电离速率方程（考虑到粒子流） 只考虑电离，通过半径a处离子流量 平衡时的粒子守恒方程 从Ｈ原子谱线强度计算n0ne值，和Γi值，从而得到粒子约束时间τp

  34. Doppler展宽和位移测量离子温度和运动速度 PLT装置上中性粒子注入时用FeXX266.5nm和FeXXIX25.5nm线得到的Doppler温度和环向旋转速度

  35. 主动光谱技术好的空间分辨 一台褶皱环上的中性粒子束诊断设备

  36. 辐射量热器(bolometer) 探测器： 　热敏电阻 　热电偶 　热释电

  37. ECE测量电子温度 电子回旋辐射功率密度 ＥＣＥ成像设备

  38. q(r)轮廓测量Zeeman效应或运动Stark效应 Zeeman效应： 谱线在磁场中分裂 ||B观察:σ：圆偏振 ⊥B观察:σ：⊥B偏振,m=±1 π：||B偏振,m=0 入射激光偏振面旋转，激发荧光强度正比于(E(t)·B)2．探测垂直方向π分量决定Ｂ方向

  39. 运动Stark效应（MSE） 高能中性粒子注入，粒子参考系中产生感应电场v×B，引起谱线Stark分裂。测量两分量的方向决定Ｂ方向。

  40. ７，粒子束测量 • 中性粒子能谱仪 • 中子测量 • α粒子测量 离子温度测量方法比较

  41. 中性粒子能谱仪 电荷交换反应 H++H→H+H+ 快 　慢 快 慢 中性粒子能谱仪器 （静电偏转型） ＲＦ加热前后的中性粒子能谱

  42. 中子诊断 中子能谱 半宽度 JET上的实验结果，Ti=4.4keV

  43. α粒子测量

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