СО2-метод измерения градиента плотности плазмы на установке гол-3

Аннотация

к квалификационной работе Семионова В.В.

СО₂-метод измерения градиента плотности плазмы на установке ГОЛ-3.

На установке ГОЛ-3 проводятся эксперименты по нагреву плазмы в гофрированном магнитном поле релятивистским электронным пучком (РЭП) с последующим её удержанием. При включении гофрировки магнитного поля существенно увеличилась эффективность передачи энергии от электронов пучка к ионам плазмы. Было выдвинуто предположение, что нагрев ионов осуществляется в результате ранее неизвестного коллективного механизма взаимодействия РЭП с плазмой. Теоретическая модель этого механизма предсказывает образование продольного градиента плотности плазмы, n_e~10¹⁵см^{- 4}, в отдельном пробкотроне гофрированной ловушки.

Для измерения градиента плотности было предложено создать диагностику на основе метода отклонения светового луча на неоднородностях плазмы. С этой целью был приобретён CO₂-лазер (=10.28мкм, P=15Вт,  ~10^-2рад). Луч лазера (2.2 мм) через окна из BaF₂ направлялся поперек плазменного столба между 16 и 17 катушками соленоида на расстоянии около 2м от места инжекции РЭП в плазму. Прошедшее через плазму CO₂-излучение регистрировалось при помощи изготовленного в Институте физики полупроводников СО РАН детектора на основе HgCdTe-фотодиода, освоение которого также являлось одной из задач данной работы.

Измерения проводились по двум оптическим схемам. В первой из них, аналогичной классическому методу Теплера, отклонение лазерного луча в плазме преобразовывалось в изменение интенсивности излучения, падающего на детектор. Во втором случае, величина отклонения луча функционально связывалась с изменением амплитуды сигнала детектора, возникающего в результате смещения сфокусированного луча (фокальное пятно 200мкм) относительно светочувствительной поверхности диода (250мкм).

Калибровка системы измерения также проводилась двумя способами. В одном случае для измерения минимально регистрируемого угла отклонения луча лазера использовалось вращаемое зеркало с измеряемым углом поворота. В другом способе измерение проводилось путем контролируемого смещения фокального пятна, 200мкм, по светочувствительному слою фотодиода, 250мкм.

По результатам измерений и калибровок получена верхняя оценка для градиента плотности плазмы, n_e10¹⁵см^{- 4}.