پنجره های محفظه خلاء در توکامک JT-60U از ” سلناید روی ” (Znse) باپوشش­های ضد بازتاب و آستانه تخریب بالا (cm² / J ۹/۱۹) ساخته شده است. با بهره گرفتن از یک آینه کروی به قطر cm ۱۵۰ و فاصله کانونی۱/۱۳=f متر، از جنس مولیبدن^[۲۰]، پرتوی لیزر در مرکز پلاسما کانونی می­ شود و نور پراکنده شده بوسیله یک آینه کروی با قطر cm ۵۰ و فاصله کانونی m ٧/٨= f جمع آوری می­ شود و طول پراکندگی حدود cm ۴۶ است.
در توکامک JT-60U پارامترهای اولیه پلاسما، ، ، ،
و=n_{i (fast)} هستند.
طرح­واره­ای از چیدمان توکامک JT-60U در شکل (۲-۱) نمایش داده شده است.

شکل ۲-۱ طرح­واره­ای از چیدمان توکامک JT-60U.
۲-۲-۲– توکامک ایتر^[۲۱]
سیستم CTS مبتنی بر لیزر CO₂ پالسی برای اندازه ­گیری ذرات آلفا در توکامک ایترمورد توجه قرار گرفته است. در اینجا لازم است تا ذرات آلفای محدود شده، با تقکیک زمانی s١/٠ و تفکیک فضایی١٠/a، (a شعاع کوچکتر پلاسماست) تشخیص داده شوند. نکته مهم در توکامک ایتر اینست که با اندازه ­گیری CTS در حالت کلی نمی­ توان بین یون­های پرتو و ذرات آلفایی که همان سرعت را دارند، تمایزی قائل شد. هندسه پراکندگی تشخیصی باید طوری جهت­مندی شود که بردار پراکندگی k در نزدیکی راستای چنبره قرار گیرد تا بدین ترتیب سهم مربوط به پرتوهای خنثی در پراکندگی به کمینه برسد. تابع توزیع در جهت­های موافق و مخالف را می­توان با ترتیب دادن هندسه عمودی اندازه ­گیری نمود. نمودار هندسه پراکندگی CTS در شکل (٢-۲) نشان داده شده است. تابش فرودی لیزر با عدد موج اولیه k_i به عدد موج k_s پراکنده شده و در برهمکنش با الکترون­های پلاسما جا به ­جایی دوپلری پیدا می­ کند.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

یون­ها برای پراکندگی امواج با فرکانس­های بالا خیلی سنگین هستند، اما اگر طول موج افت و خیزها بزرگتر از طول موج دبای پلاسما _Dλ باشد، در آن­ صورت اندازه ­گیری طیف امواج پراکنده شده، اطلاعاتی را درباره یون­ها نیز می ­تواند بدست دهد.در این­حالت لازم است تا زاویه پراکندگی برای CTS با لیزر CO₂ بسیار کوچک (°۵/۰ =θ) انتخاب شود تا سهم یون­ها در پراکندگی بزرگتر از سهم الکترون­ها شود.
شکل ٢-۲- نمودار شماتیکی هندسه پراکندگی برای پراکندگی تامسون جمعی.
پارامترهای این توکامک به شرح زیر می­باشد:
چگالی یون و چگالی الکترون و دمای الکترون و دمای یون و ، توان لیزر ، زاویه پراکندگی °۵/۰=θ و زاویه فضایی است.
در توکامک ایتر به منظور تشخیص یون­های هم­جهت ­و ­مخالف­جهت از لیزرهای N₂O و ایزوتوپ CO₂ که فرکانس­های آنها جابه­جا شدهGHz) 2-10( و بصورت پالسی نیز هستند، استفاده می­شوند.
چون زاویه پراکندگی باید کوچک باشد تفکیک طیفی و فضایی باید بهینه گردد، طول پراکندگی و تفکیک فضایی (FWHM)، که برابر است با تفکیک سرعت()، بصورت زیر توصیف می­شوند:
طول پراکندگی حدود با تفکیک طیفی برای پرتویی به شعاع mm ۴­، بدست آمده­اند همچنین برای پرتویی به شعاع mm ٣ با طول پراکندگی با تفکیک طیفی بدست آمده است. از این رو به منظور بهبود تفکیک طیفی و فضایی، باید زاویه پراکندگی افزایش یابد. برای دستیابی به تفکیک طیفی و فضایی، مقدار توان پراکنده شده در توکامک ایتر اندازه ­گیری می­ شود. ترکیب دو زاویه پراکندگی برای بدست آوردن اطلاعات بیشتر درباره ذرات آلفا، مهم است. توان پراکنده شده پرتوی فرودی تابش الکترومغناطیسی از طول ، در محدوده فرکانسی dw تحت زاویه فضایی dΩ، بصورت زیر داده می­ شود [۳۷] :
که r₀ شعاع کلاسیکی الکترون، n_e چگالی الکترون و S(K,ω) تابع چگالی طیفی هستند. شکل a (٢-۳) چگالی طیف (S(K,ω، محاسبه شده را نشان می­دهد. چگالی الکترون، چگالی ذرات آلفا، دمای الکترون و یون و میدان مغناطیسی چنبره­ای . در پلاسما فرض می­ شود ومنحنی تابع توزیع ذرات آلفا با شیب کم کاهش می­یابد.
منحنی با دایره­های بسته، چگالی طیفی بدون افزایش در فرکانس را نشان می­دهد. همانطور که در شکل (۲-۳) مشاهده می­ شود، S(K,ω) در زاویه تا حد زیادی افزایش یافته است. حالت تشدید در S(K,ω)، در شرایطی که بردار موج پراکنده شده تقریباً عمود بر میدان مغناطیسی باشد، ظاهر می­ شود. شکل b (٢-۳) بیشینه توزیع ذرات آلفا را روی ( S(K,ωدر فضای (Φ ، ϴ) را نشان می­دهد. S(K,ω) بطور قابل توجهی تا ۵ برابر افزایش یافته است. چون افزایش S(K,ω) برای اندازه ­گیری خصوصیات ذرات آلفا در ،خیلی زیاد است، مقادیر مناسب­تر ٨۶ = Φ و ٧۵/٠= θ پیشنهاد می­ شود. در این زاویه پراکندگی تفکیک طیفی و فضایی بصورت زیر بهبود می یابند:
چون شرط تشدید و افزایش شدیداً به پارامترهای پلاسما بستگی دارد، طیف پراکندگی با زاویه پراکندگی اصلی و نیز اندازه ­گیری می­ شود.اندازه ­گیری با هر دو زاویه اطلاعات بیشتری در مورد خصوصیات ذرات آلفا بدست می­دهد.
شکل ٢-۳- (a) تابع چگالی طیفی ، S(k,ω) ، برای Ф های مختلف در زاویه پراکندگی θ= ۰٫۷۵º.
(b) سهم ذرات آلفا در S(k,ω)در فضای (θ,Ф).
٢-۳- بررسی پراکندگی تامسون CTS با لیزر D₂O
۲-۳-۱– توکامک TCA
برای اندازه ­گیری مشخصات پراکندگی یون در توکامک TCA از لیزر D₂O با دمش اپتیکی و گذار تابشی رامان در طول موج mμ ۳۸۵ استفاده می­ شود.در این طول موج با از سیستم هترودین با NEP تا W/Hz و پهنای باند IF در محدوده گیگاهرتز، عمل آشکارسازی را می­توان به انجام رساند. مسله مهم در اینجا عملکرد طولانی پالس لیزر است، زیرا جمع زمانی سیگنال باعث خواهد شد تانسبت سیگنال به نوفه تا حد قابل قبولی نگه داشته شود [۳۹-۳۸].
پس از توسعه لیزرهای توان بالا در ناحیه مادون قرمز- دور و سیستم­های آشکارسازی حساس، اولین نتایج از پراکندگی تامسون جمعی با بهره گرفتن از لیزر پالسی D₂O در سال ۱۹۸۳ توسط وسکوبینیکوف^[۲۲] و همکارانش گزارش شده­است [۴۰]. با این حال، به دلیل مشکلات زیادی که نور سرگردان ایجاد می­کرد و نسبت سیگنال به نوفه نسبتاً قابل ملاحظه، اندازه ­گیری عملی دمای یون در آن زمان امکان­ پذیر نبود.
چیدمان آزمایش (تجربی) بطور طرح واره­ای در شکل (۲-۴) نشان داده شده است. اجزای اصلی این چیدمان عبارتند از لیزر تشدید کننده D₂O و لیزر توان بالای CO₂ برای پمپاژ نوری و یک سیستم گیرنده هترودین شامل ۱۳ کانال طیفی.سیستم لیزر CO₂ از یک نوسانگر لیزر گازکربنیک عرضی با فشار اتمسفری TEA تنظیم شده در خط (٢٢)R٩ به دنبال یک تقویت کننده با پیش یونش پرتوی الکترونی تشکیل شده است. تحت شرایط عملکرد معمولی، انرژی خروجی لیزر j ۶۰۰ با پهنای پالس sμ ۴/۱ در حالت پالس تک مد است [۴۱]. لیزر D₂O دارای تشدید کننده ناپایداری به طول ۴ متر به شکل L می­باشد تا جفت­شدگی پرتوی دمش بطور مؤثر صورت گیرد. در فشار کامل mbar ۶/۵ این لیزر پالسی انرژی­ای به اندازه j ۵/۰ در sμ ۴/۱ تولید می­ کند.
پرتوی لیزر D₂O به قطر mm ۳ نزدیک به مرکز پلاسما از طریق مجموعه ­ای از آینه­های سهموی در خارج از محور آن کانونی می­ شود. از یک تضعیف کننده مخروطی شکل از جنس پیرکس برای جذب پرتوی لیزر و از یک شیار سرامیکی با عرض نسبتاً زیاد که در دیواره توکامک در مقابل پنجره خروجی ایجاد شده است برای دیدن و ارتباط نوری بین داخل و خارج از محفظه توکامک مورد استفاده قرار می­گیرد.
هدف از نصب این دو دستگاه کاهش نور سرگردان تا یک حد قابل قبول است. نور پراکنده شده در زاویه نسبت به پرتوی فرودی تحت زاویه فضایی استرارادیان جمع­آوری می­ شود. ترکیبی از آینه­ها برای تصویربرداری از حجم پراکنده­شده نور و رساندن آن به آشکارساز مورد استفاده قرار می­گیرد. از آنجا که مسافت طی شده پرتو به طرف سیستم گیرنده در حدود ۱۰ متر است، جذب در هوا (رطوبت نسبی حدود ۵۰٪) تلفات قابل ملاحظه­ای را سبب می­ شود. بنابراین در طولانی­ترین بخش از مسیر (m۷) پرتو از درون یک لوله پر شده با نیتروژن خشک عبور می کند.

شکل ۲-۴- طرح واره چیدمان توکامک TCA [ ۴۱].
در جدول (۲-۱) دمای یون اندازه ­گیری شده در سه پلاسما برای مجموعه ­ای از شات­های لیزر با پارامترهای تجدیدپذیر و همچنین میانگین­ها و انحراف­های معیار یک شات اندازه ­گیری شده نیز آورده شده است.
جدول ۲-۱- دمای یون اندازه گیری شده برای مجموعه ای از شات های لیزر با پارامترهای تجدیدپذیر پلاسما [۴۱].

He-Plasma

D-Plasma

H-Plasma

۵×۱۰^۱۹ m^-3

۵/۳×۱۰^۱۹ m^-3

۵/۵×۱۰^۱۹ m^-3

n_e

۶۰۰ eV