,电磁波散射培训课件

I (, ) I 0ne e S(k ,)
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
。。
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，
。。
JT-60上的集体散射测量
光路
。。
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
方法
优点
缺点
干涉仪 技术成熟
线平均，测相移
反射仪 不同磁场位形
涨落影响
偏振仪 测偏振面旋转
磁场影响
波散射 空间分辨
定标
。。
电磁波干涉测量电子密度原理
Ｏ模折射率公式
N2
典型Thomson散射测温度装置
一般采用YAG或红宝石脉冲激光
在几个keV温度以上，须考虑 。相。对论效应，谱线发生兰移
具体实验设备
ＴＣＶ上的多点测量
ＪＴ－６０上的散射测量
。。
光雷达技术用于散射测量
LIDAR(light detection and ranging)
。。
原理和典型参数
空间分辨δL=（tL+tD)/c JET:tL=300ps, 700MHz, δL=12cm
另一判断参数


1
kD

0 4 sin
2
nee2
Te

1.07
10 14
0 (nm)
sin
2
ne Te (eV )
。。
非相干散射 kD 1 1
Gauss轮廓

S(k ,
)

2

exp[(
)2 ]
kve
kve
1/2 1/2 4 sin

c2k 2
2

1

2 pe
2

1

4e 2 me 2
ne
密度接近临界密度 nec me 2 / 4e2
N
1
2e2 me 2
ne
1
ne 2nec
两束电磁波的光程差
l
2e 2
2e2 l

c
[l

(1
0
me 2 ne )dx]
cme
ne dx
I cos(t ) I cos(t) 2I cos cos(t )
2
。。
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+△ω t/2)和cos(△ωt/2) 。用平方律探测器

c os2

)
总截面 T
d d d

8 3
r02

6.65 1029 m2
。。
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∝ ne ，总散射功率∝ ne 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

k
v

kv cos
k
k
2 s

k02

2k0ks
cos
若 v / c 1

k 2k0 sin 2
微分散射截面
d
d

r02
|
s
(s

e0
)
|2
r0

e2 4 0mec2
2.82 1015 m
（电子经典半径）
对非偏振波
d d

1 2
r02 (1
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。
。。
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。
0
0
2
2Te me c 2
ln
2
相干散射 kD 1 1
电子成分贡献

2 pe

3Te
me
k2
离子成分贡献：Te<<Ti Gauss轮廓
Te〜Ti
。。 k
Z 2Te
mi
2ia
探测一般的集体振荡模式





s


0
k ks k0
。。
Thomson散射和Rayleigh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
方法
激光Thomson 散射
电子回旋辐射 （ECE）
轫致辐射
优点 绝对测量 空间分辨 时间连续
设备简单
缺点 时空不连续
需定标
需选适当波段
。。
激光Thomson散射测电子温度Te
0
相当于２π 相移的密度线积分为
l
0
ne dx

cme
e2
。。
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
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
Ei

E0
exp[ i(0t

k

r)]
推迟解
在远处
Es
(
R,
t)

{
4
0c
e 2|
R

r
|
s

(s

v )}t

{
4
e2 0me
c
2
E0 R
s

(
s

e0
)
exp[i(
0t

k

r )]}t
s

R
/
R
e0

E0
/
E0
t R s r(0)
t
c 1

s

c

。。
散射波振幅：
|
Es (R,t) |
e2 4 0mec2
E0 R
|
s

(s

e0
)
|
r0 R
E0
|
s

(s

e0
)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
|
频率和波矢


s
0

(ks

k0) v
接收信号后是两个频率为低频信号△ω，其间有一个相差△φ
。。
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
N||

ck||


( R )( L ) ( ci )( ce )
pe ce ci 时简化为(郑5.6.5)