等离子体诊断
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dy y2 r 2
Abel变换 实际情况：
1 dI ( y ) (r ) r dy
I i L ji j
j i
非对称情形：弱的角度依赖性
(r, ) 0 (r ) 1 (r ) cos
层析(tomography)
用于软Ｘ射线，辐射测量． 基本方程
I e1 I I i 0
dI e I i20 I 2 dV Te 2I i 0
I e2 I i0 I
(
eI dI ) I 0 i 0 dV 2Te
电子温度 从曲线饱和段同样可测电子密度
三探针
直接测量电子温度
V2-V1固定，会自动调整V1，V2使得满足I1+I2=0 I eV2 eV ln 2 ln i 0 I e 0 exp( 2 ) I i 0 I i 0 Te I e0 Te
电子饱和流
I e0 2Te 1 1 ene ve S ene S 4 2 me
eVp d (eV p ) I I exp( ) I T 电子流＋离子饱和流 e0 i0 e Te d ln(I I i 0 )
电子温度
离子饱和流
I i 0 ni eS
Te
mi
电子密度
q(r) V(r)
中性能谱仪，谱线展宽，中子产额
Faraday旋转，Zeeman效应 Doppler位移
谱线展宽
Mach探针
MHD活动
微观扰动
Mirnov探圈，软Ｘ射线层析，ＥＣＥ成像
重离子束，波散射反射，ECE，发射光谱 磁探圈，逃逸电子扩散 静电探针
Ip,UL, △x,βp
各种磁探圈
如何选择诊断方法？
探针3于悬浮电位，使其流过为零
e(V2 VF ) ln 2 Te
e(V2 VF ) ln 2
I eVF ln( e0 ) Te I i0
Te
直接得到电子温度
等离子体电位与悬浮电位关系
m V p VF [ln i 1] VF Te 2e 2me
Te
典型软Ｘ射线探测阵列和层析结果
最大熵方法
最大熵方法是一种处理不适定问题（数据不完全或包含噪声）的方法。这 一方法是：在所有可能的解中，选择熵最大的一个 。 图像反演
d k O jk f j nk
测量量 待测量 噪声
不管噪声
1 f j O jk d k
引进熵
S p j log p j
第三章，等离子体诊断
概述 静电探针和其它固体探针 磁探圈 电磁波散射 电磁波干涉和Faraday旋转测量 电磁波发射 粒子束测量 涨落测量
1，概述
诊断的作用（对ＩＴＥＲ而言）
保证安全运转和等离子体控制（电流、电 压、位置、杂质水平、硬Ｘ射线等） 为维持先进等离子体控制而提供测量数据 （ＭＨＤ活动、参数轮廓、截面形状、旋 转等） 对运行进行估价及物理研究而提供测量数 据（各种不稳定性、参数轮廓、α 粒子等）
ＩＴＥＲ主要物理问题和对诊断的要求
堆尺度等离子体约束：等离子体参数和加热功率 轮廓、杂质活动，边界区要求好的空间分辨 运转极限：参数轮廓、边缘扰动、旋转 破裂现象：参数轮廓、第一壁测量、逃逸电子， 要求快的时间响应 偏滤器物理：粒子流、参数空间梯度 α 粒子物理：约束α 粒子轮廓、逃逸α 粒子 点火区研究：各区域聚变功率、辐射功率 稳态燃烧研究：参数轮廓
然后逐步迭代，向-▽χ 2和▽S 方向走，最后达到χ2=N 。
电磁波谱及探测器
２，静电探针
和其它固体探针
静电探针及其Ｉ－Ｖ特性曲线
实际特性曲线
实际电源线路 被烧毁 的探针 外观 电位关系：
Ｖp探针电位 ＶR参考电位
静电探针特征电位
公式零点
实验零点
等离子体鞘的宽度为几个Debye长度
静电探针
测量电子温度与密度
1 2 1 2
鞘处的实际上等离子体离子密度小于远处密度，上式右方应乘以 exp( ) 0.6065
悬浮电位
I eVF ln( e0 ) Te I i0
悬浮电位
双静电探针
更准确测量电子温度
从曲线中心段
I e1 eV exp( ) I e2 Te
1 dIe1 1 dIe 2 e I e1 dV I e 2 dV Te
j 1
N
pj f j / f j
j 1
N
(O jk f j d k ) 2 / k2
2 k 1
N
如果不相信测量 结果令熵最大， 即所有fi 相等
如果很相信测量 结果令χ =0,即
预期的不确定性
令χ 2=N 最为合理,在此条件下令S 最大
一种方法是在N 维参数空间里，先置初始值完全相等，即熵S最大。
排斥栅：排斥电子 偏压栅：排斥一定能量以下离子 屏蔽栅：屏蔽二次电子 收集器：收集离子流
马赫探针
测量等离子体流速
马赫(Mach)数Ｍ＝u/Cs
2(u d ) M u d
Γ u，Γ d为面对和背 对粒子流接收的流量
马赫探针结构
复杂的马赫探针
一般用于测量托卡马克边缘等离子体环向流速
３，电磁测量
时间／空间分辨率 信噪比 定标 对物理过程的理解 技术难度
测量和数据处理
探测器 光电 隔离 模数 转换 ＣＰＵ
测量室
数据分析：Abel变换
I ( y ) ( x, y ) dx
轴对称分布
I ( y ) (r )dx
R
| y|
R
r (r )dr r 2 y2
分类方法
被探测物理量：Te,ne,Ti等 探测区域：核心区，边界区，固体表面 测量原理：电磁波散射，电磁辐射 测量技术：激光，微波，光谱，探针
主要物理量诊断方法
物理量
Te ne
诊断方法：核心区
激光散射，ECE，轫致辐射，发射光谱 微波干涉，远红外干涉，激光散射
边界区
静电探针 静电探针
Ti
对Ｈ等离子体，α =2.9
安装在ＪＴ－６０偏滤器 中性化板上的静电探针阵列
三探针经常用于测量等离子体密度和电位的涨落
发射探针
直接测量等离子体电位
探针为一加热灯丝。负电位时热电子发射流迭加在离子饱和流上， 悬浮电位接近等离子体电位。探针开路时，电位即等离子体电位
能量分析器
测量离子能量分布
各电极ຫໍສະໝຸດ Baidu能：
Abel变换 实际情况：
1 dI ( y ) (r ) r dy
I i L ji j
j i
非对称情形：弱的角度依赖性
(r, ) 0 (r ) 1 (r ) cos
层析(tomography)
用于软Ｘ射线，辐射测量． 基本方程
I e1 I I i 0
dI e I i20 I 2 dV Te 2I i 0
I e2 I i0 I
(
eI dI ) I 0 i 0 dV 2Te
电子温度 从曲线饱和段同样可测电子密度
三探针
直接测量电子温度
V2-V1固定，会自动调整V1，V2使得满足I1+I2=0 I eV2 eV ln 2 ln i 0 I e 0 exp( 2 ) I i 0 I i 0 Te I e0 Te
电子饱和流
I e0 2Te 1 1 ene ve S ene S 4 2 me
eVp d (eV p ) I I exp( ) I T 电子流＋离子饱和流 e0 i0 e Te d ln(I I i 0 )
电子温度
离子饱和流
I i 0 ni eS
Te
mi
电子密度
q(r) V(r)
中性能谱仪，谱线展宽，中子产额
Faraday旋转，Zeeman效应 Doppler位移
谱线展宽
Mach探针
MHD活动
微观扰动
Mirnov探圈，软Ｘ射线层析，ＥＣＥ成像
重离子束，波散射反射，ECE，发射光谱 磁探圈，逃逸电子扩散 静电探针
Ip,UL, △x,βp
各种磁探圈
如何选择诊断方法？
探针3于悬浮电位，使其流过为零
e(V2 VF ) ln 2 Te
e(V2 VF ) ln 2
I eVF ln( e0 ) Te I i0
Te
直接得到电子温度
等离子体电位与悬浮电位关系
m V p VF [ln i 1] VF Te 2e 2me
Te
典型软Ｘ射线探测阵列和层析结果
最大熵方法
最大熵方法是一种处理不适定问题（数据不完全或包含噪声）的方法。这 一方法是：在所有可能的解中，选择熵最大的一个 。 图像反演
d k O jk f j nk
测量量 待测量 噪声
不管噪声
1 f j O jk d k
引进熵
S p j log p j
第三章，等离子体诊断
概述 静电探针和其它固体探针 磁探圈 电磁波散射 电磁波干涉和Faraday旋转测量 电磁波发射 粒子束测量 涨落测量
1，概述
诊断的作用（对ＩＴＥＲ而言）
保证安全运转和等离子体控制（电流、电 压、位置、杂质水平、硬Ｘ射线等） 为维持先进等离子体控制而提供测量数据 （ＭＨＤ活动、参数轮廓、截面形状、旋 转等） 对运行进行估价及物理研究而提供测量数 据（各种不稳定性、参数轮廓、α 粒子等）
ＩＴＥＲ主要物理问题和对诊断的要求
堆尺度等离子体约束：等离子体参数和加热功率 轮廓、杂质活动，边界区要求好的空间分辨 运转极限：参数轮廓、边缘扰动、旋转 破裂现象：参数轮廓、第一壁测量、逃逸电子， 要求快的时间响应 偏滤器物理：粒子流、参数空间梯度 α 粒子物理：约束α 粒子轮廓、逃逸α 粒子 点火区研究：各区域聚变功率、辐射功率 稳态燃烧研究：参数轮廓
然后逐步迭代，向-▽χ 2和▽S 方向走，最后达到χ2=N 。
电磁波谱及探测器
２，静电探针
和其它固体探针
静电探针及其Ｉ－Ｖ特性曲线
实际特性曲线
实际电源线路 被烧毁 的探针 外观 电位关系：
Ｖp探针电位 ＶR参考电位
静电探针特征电位
公式零点
实验零点
等离子体鞘的宽度为几个Debye长度
静电探针
测量电子温度与密度
1 2 1 2
鞘处的实际上等离子体离子密度小于远处密度，上式右方应乘以 exp( ) 0.6065
悬浮电位
I eVF ln( e0 ) Te I i0
悬浮电位
双静电探针
更准确测量电子温度
从曲线中心段
I e1 eV exp( ) I e2 Te
1 dIe1 1 dIe 2 e I e1 dV I e 2 dV Te
j 1
N
pj f j / f j
j 1
N
(O jk f j d k ) 2 / k2
2 k 1
N
如果不相信测量 结果令熵最大， 即所有fi 相等
如果很相信测量 结果令χ =0,即
预期的不确定性
令χ 2=N 最为合理,在此条件下令S 最大
一种方法是在N 维参数空间里，先置初始值完全相等，即熵S最大。
排斥栅：排斥电子 偏压栅：排斥一定能量以下离子 屏蔽栅：屏蔽二次电子 收集器：收集离子流
马赫探针
测量等离子体流速
马赫(Mach)数Ｍ＝u/Cs
2(u d ) M u d
Γ u，Γ d为面对和背 对粒子流接收的流量
马赫探针结构
复杂的马赫探针
一般用于测量托卡马克边缘等离子体环向流速
３，电磁测量
时间／空间分辨率 信噪比 定标 对物理过程的理解 技术难度
测量和数据处理
探测器 光电 隔离 模数 转换 ＣＰＵ
测量室
数据分析：Abel变换
I ( y ) ( x, y ) dx
轴对称分布
I ( y ) (r )dx
R
| y|
R
r (r )dr r 2 y2
分类方法
被探测物理量：Te,ne,Ti等 探测区域：核心区，边界区，固体表面 测量原理：电磁波散射，电磁辐射 测量技术：激光，微波，光谱，探针
主要物理量诊断方法
物理量
Te ne
诊断方法：核心区
激光散射，ECE，轫致辐射，发射光谱 微波干涉，远红外干涉，激光散射
边界区
静电探针 静电探针
Ti
对Ｈ等离子体，α =2.9
安装在ＪＴ－６０偏滤器 中性化板上的静电探针阵列
三探针经常用于测量等离子体密度和电位的涨落
发射探针
直接测量等离子体电位
探针为一加热灯丝。负电位时热电子发射流迭加在离子饱和流上， 悬浮电位接近等离子体电位。探针开路时，电位即等离子体电位
能量分析器
测量离子能量分布
各电极ຫໍສະໝຸດ Baidu能：