汤姆逊散射诊断原理简介

e

e

e

e kT

mc

m

kTS

2sin8

exp)

2(

2sin4

1)(

20

22

21

0

21

若考虑相对论效应，在不同温度下，散射谱的分布如右图

等离子体中的电子在强激光的作用下，产生次级辐射形成散射波，若不考虑相对论效应，其功率谱的形状因子为：

式中， 0 为入射激光的波长。Δλ散射谱波长与入射波长差。 只要实验中测出了散射谱的情况就可以得到等离子体的电子温度和密度。

HT-7 T.S.HT-7 T.S. 示意图

激光器 红外 YAG 激光器，激光波长 1064nm. ( 能量 2J ，激光脉冲输出频率 10Hz). Continuum Product, 型号 Powerlite Precision II9010.

散射光接收系统 收集透镜⇒光纤传输⇒干涉滤光片分光谱仪。散射角 90

探测器 硅雪崩二极管， EG&G 30956E; 前置放大和中继放大器。

数据采集系统 CAMAC 数据采集数据处理 查表（ Lock up table ）测量位置 (core plasma) 单点。

（空间分辨测量 shot by shot 逐点，上半空间）

测量范围 Te, 200eV 〜 10keV.

ne, 1 × 1019 m-3 〜 1 × 1020 m-3

HT-7 激光汤姆逊散射测量系统说明

polorized YAG laser

激光器

Wave length

energy Pulse width

divergence Beam Pointing Stability

Pulse repetition rate

1064 nm 2 J 5~9 nsec 0.45 mrad 30 µrad 10Hz

探测器 EG&G Si-APD

Typical Characteristics, T=22°C

Type

Numb

er

St

d.

Pk

g

Photo.

Sensit

ive Su

rface

Dia.

(mm)

Respon

sivity @

1060 n

m

(A/W)

Dark

Curre

nt Id

(nA)

Spect

ral No

ise C

urrent

Densi

ty

(pA/H

z ½)

Cap

Cd

(100

kHz)

(pF)

Resp

onse

Time

tr

(nSe

c)

N.E.P.

@1060

nm

(fW/Hz ½)

VOP

Range

Specs.

(V)

C30956E

C 3 25 100 0.5 10 2 20 275-425

Pre-Amplifier for Si-APD detector

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

750 770 790 810 830 850 870 890 910 930 950 970 990 1010 1030 1050

1系列2系列3系列4系列5系列6系列

干涉滤光片分光谱仪

散射信号经分光后分为五道。测量点的空间分辨率 1.8cm 。

校准系统校准系统 Optical Path Alignment (He-Ne and Laser) Energy Calib. (Energy Meter) Spatial position Calib. (movable target)Sensitivity of 5 Channel spectrum (Tungsten Lamp)Rayleigh scattering Calib. For density measurement.

Tungsten Lamplenslens chopper

fiberPhotodiode

To CAMAC

数据采集系统

+5v

时序 查表法分光仪中任意两道信号的理论比值 R是电子温度 Te的函数。寻找测量得到的该两道信号的比值 R*与理论比值 R最接近的值，得到对应的温度值就是测量的电子温度。5道分光可得到 10个测量的电子温度值，根据各道的权重，由加权平均得出所测空间点的温度。

数据处理

ijmeasR

Get the temperature through lookup the table

For each a fixed temperature

)( ije

ije RTT ij

Rij

ijeij

T dR

dT)()()( 222

llI/1

2

get the weighted average temperature

ijij

T

ijij

T

ij

e

e

T

T

)(

1)(

2

2

ijij

T

T

)(

11

2

2

Teee TT

22222 )()( jj

iji

i

ijRij I

R

I

R

Shot NO. Ip/kA Ne Te/eV

80375 87 1.6 210

80380 90.4 1.6 240

80384 89 1.6 190

80389 102.2 1.8 270

80390 100.7 1.8 230

80396 109.4 1.9 390

80406 107.2 1.8 390

80407 105 1.8 320

Te BY THOMSON SCATTERING

85 90 95 100 105 110150

200

250

300

350

400

Te

/eV

Ip/kA