EAST软X射线光谱仪绝对强度标定的实验研究

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伴随着EAST加热功率的提升和高Z金属材料第一壁的应用,软X射线波段的杂质线辐射将会增强。届时软X射线光谱仪在杂质输运研究方面将会有不可替代的作用。测量等离子体中软X射线波段的杂质的密度是利用软X射线光谱仪进行杂质输运的实验研究一项重要任务。而光谱仪的绝对强度标定是测量杂质浓度的必要的前期工作。为了测量杂质的密度,本论文利用基于等离子体轫致辐射的方法,完成了EAST软X射线光谱仪的绝对强度标定。然后利用标定过的软X射线光谱仪测量CVI(33.73(A))谱线的辐射强度。并通过非圆截面反演,初步获得了CVI33.73(A)绝对辐射强度的径向分布剖面。  本文首先分别分析了利用光谱仪得到的连续和线辐射强度的测量值和谱线真实值之间的函数关系,并将其用谱仪的结构参数、光栅的衍射效率和CCD探测器的量子效率表示出来。以此为基础,分别分析了利用线辐射和连续辐射进行绝对强度标定的原理。并介绍了各种绝对标定方法,分析了各种标定方法的优点和缺点。得出的结论是EAST上的软X射线光谱仪适合采用基于等离子体轫致辐射的标定方法进行绝对强度标定。  然后利用软X射线光谱仪测量了EAST等离子体的轫致辐射的强度。并利用带有峰化因子的抛物线函数拟合的方法,并得到了EAST典型放电的电子温度和电子密度的剖面函数。基于等离子体的电子温度,电子密度,有效电荷数的剖面,计算了等离子体轫致辐射的功率密度剖面。并将其沿软X射线光谱仪的观测弦进行积分,得到了弦积分的轫致辐射强度。通过将轫致辐射强度的测量值和计算值进行对比,得到了软X射线光谱仪在10-50(A)范围内的标定系数。通过不同放电条件下的标定系数比较,发现实验中标定系数变化不大,相对稳定。并分析了标定系数的误差来源,得到了标定系数的相对误差。  最后,利用标定过的软X射线光谱仪测量CVI(33.73(A))谱线的辐射强度剖面。首先在实验上测量了线辐射的辐射强度,通过高斯函数拟合,得到了用计数率表示的谱线强度。然后结合标定计数,反推出沿软X射线光谱仪观测弦积分的辐射强度剖面。然后通过非圆截面Abel反演方法,获得了CVI33.73(A)绝对辐射强度的径向分布剖面。  本文研究表明,利用轫致辐射对软X射线光谱仪的标定是可行可靠的。获得的杂质辐射绝对强度可结合杂质输运程序STRAHL等进行输运分析,来得到托卡马克等离子体杂质的输运相关系数(扩散和对流等)。
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