مشخصه یابی لیزر سامانه تداخل سنج توکامک دماوند از طریق شناسایی و ارزیابی منابع تولید خطا در اندازه گیری چگالی الکترون پلاسما

نبی پور, نجمه; کریمی, مریم

مشخصه یابی لیزر سامانه تداخل سنج توکامک دماوند از طریق شناسایی و ارزیابی منابع تولید خطا در اندازه گیری چگالی الکترون پلاسما

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ پژوهشگاه علوم و فنون هستهای

² پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

چکیده

سامانه تداخلسنج لیزری یک ابزار تشخیصی است که از آن برای اندازهگیری چگالی الکترون در محیط پلاسمای توکامک استفاده میشود. این سامانه از اجزای مختلفی مانند لیزر، آشکارساز، بخش اپتیکی، بخش کنترل و دادهگیری و غیره تشکیل میشود. اولین گام در برپایی چیدمان این سامانه جهت اهداف آزمایشگاهی، مشخصهیابی هر کدام از اجزای آن با توجه به پارامترهای توکامک و اهداف پژوهشی مدنظر است. لیزر از مهمترین مؤلفههای این سامانه است که انتخاب آن بر انتخاب سایر اجزا تأثیرگذار است. به همین دلیل، نخست این مؤلفه برای استفاده در توکامک دماوند مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. با توجه به مقدار حجم پلاسما، میدان مغناطیسی توکامک و چگالی الکترون، طولموج لیزر از ناحیه میکروموج تا فروسرخ دور و فروسرخ میتواند انتخاب شود. در این مقاله، مشخصهیابی لیزر از طریق شناسایی منابع تولید خطا در اندازهگیری چگالی الکترون در محیط پلاسمای توکامک دماوند انجام شده است. قدرت جداسازی تداخلسنج دو رنگ، پدیده شکست موج، اثر چرخش فارادی، محدوده ارتعاش آینه بازتابی، شفافیت پنجره خلأ برای طولموج لیزر، نوفه ناشی از طولموج
جبرانسازی و انتشار مد غیرعادی بهعنوان منابع تولید خطا در اندازهگیری چگالی الکترون شناسایی و سپس بستگی طولموجی هر کدام از این عوامل مشخص شد. نتایج نشان میدهد که استفاده از لیزر دیاکسیدکربن دوتایی، علیرغم اینکه از قدرت جداسازی فاز مؤثر، قدرت جداسازی چگالی و نسبت سیگنال به نوفه ضعیفی در مقایسه با سایر ترکیبات طولموجی برخوردار است اما به علت دارا بودن میزان شکست کم، زاویه چرخش فارادی کوچک، پایداری بیشتر سیگنال تداخل گزینه مناسبی برای اندازهگیری چگالی الکترون پلاسمای توکامک دماوند است.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.26455153.1398.7.1.12.5

عنوان مقاله [English]

Determination of Damavand Tokamak Laser Interferometer System Characteristics by Means of Identifying and Evaluating the Sources of Error in Plasma Electron Density Measurement

نویسندگان [English]

Najme Nabipour ¹
maryam Karimi ²

¹ Institute of Nuclear Science and Technology

² Institute of Nuclear Science and Technology

چکیده [English]

Laser interferometer system is a diagnostic tool used to measure the electron density in the tokamak plasma. The system consists of various components such as the laser, the detector, the optics, the control unit and data acquisition unit, etc. The first step in setting up the system for experimental purposes is to characterize each of its components according to the tokamak parameters and the research goals. The laser is one of the most important components of this system and once chosen, affects the selection of other components. For this reason, this component has been the first to be studied in Damavand tokamak system. The laser wavelength can be selected from microwave to far-infrared and infrared regions depending on the plasma volume, the magnetic field and electron density. In this paper, laser characterization is accomplished by means of identifying sources of error in the measurement of electron density in the Damavand tokamak plasma. Resolution of two-color laser interferometer, refraction phenomenon, Faraday rotation effect, vibration limit, transparency of the vacuum window for laser wavelength, the noise due to the compensation wavelength and the extraordinary mode propagation are identified as the sources of error in density measurements. Then, the wavelength dependence on these phenomena is found. Results indicate despite the fact that the dual CO2 laser system is poor at effective phase resolution, density resolution and the signal to noise ratio, in comparison with other combinations of laser wavelength, its small refraction, tiny Faraday rotation angle and more stable interference signal make it a suitable choice for electron density measurement in Damavand tokamak.

کلیدواژه‌ها [English]

Electron density measurement
Laser interferometer
Damavand tokamak

مراجع

[1] I. H. Hutchinson, “Principles of plasma diagnostics,” Cambridge University Press: New York, 1992.

[2] D. R. Baker and S. T. Lee, “Dual laser interferometer for plasma density measurements on large tokamaks,” Rev. Sci. Instrum., vol. 49, pp. 919-922, 1978.

[3] N. Nabipour and M. Karimi, “The effect of the propagation mode of a laser wave in an interferometer diagnostics in determining of electron density of Damavand tokamak plasma and calculation of the measurement error,” J. Appl. Electrom., vol. 4, pp. 47-53, 2016. (In Persian)

[4] M. Emami, A. R. Babazadeh, M. V. Roshan, M. Memarzadeh, and H. Habibi, “Digital control of plasma position in Damavand tokamak,” Braz. J. Phys., vol. 32, pp. 46-49, 2002.

[5] A. R. Babazadeh, M. V. Roshan, and S. M. Sadat Kiai, “Latest results from the Damavand tokamak experiments,” J. Fusion Energ., vol. 20, pp. 45-49, 2001.

[6] P. Innocente, D. Mazon, E. Joffrin, and M. Riva, “Real- time fringe correction algorithm for the JET interferometer,” Rev. Sci. Instrum., vol. 74, pp. 3645-3652, 2003.

[7] D. K. Mansfield, H. K. Park, L. C. Johnson, H. M. Anderson, R. Chouinard, V. S. Foote, C. H. Ma, and B. J. Clifton , “Multichannel far- infrared laser interferometer for electron density measurements on the tokamak fusion test reactor,” Appl. Optics, vol. 26, pp. 4469-4474, 1987.

[8] T. Fukuda and A. Nagashima, “Frequency- stabilized single- mode cw 118.8 µm CH₃OH waveguide laser for large tokamak diagnostics,” Rev. Sci. Instrum., vol. 60,
pp. 1080-1085, 1989.

[9] T. N. Carlstrom, D. R. Ahlgren, and J. Crosbie, “Real- time vibration- compensated CO₂ interferometer operation on the DIII-D tokamak,” Rev. Sci. Instrum., vol. 59, pp. 1063-1066, 1988.

[10] V. S. Mukhovatov, “ITER operation and diagnostics,” Rev. Sci. Instrum., vol. 61, pp. 3241-3246, 1990.

[11] Y. Kawano, A. Nagashima, K. Tsuchiya, S. Gunji, S. Chiba, and T. Hatae, “Tangential CO₂ laser interferometer for large tokamaks,” J. Plasma Fusion Res., vol. 73, pp. 870-891, 1997.

[12] Y. Kawano, A. Nagashima, S. Ishida, T. Fukuda, and T. Matoba, “CO₂ laser interferometer for electron density measurement in JT-60U tokamak,” Rev. Sci. Instrum., vol. 63, pp. 4971-4973, 1992.

[13] D. Veron, “Submillimeter Interferometry of High-Density Plasmas,” in Infrared and millimeter waves, edited by K. J. Button, Academic press: New York, vol. 2, Chap. 2, pp. 67-135, 1979.

[14] A. Canton, P. Innocente, and O. Tudisco, “Two- color medium- infrared scanning interferometer for the frascati tokamak upgrade fusion test device,” Appl. Optics, vol. 45, pp. 9105-9114, 2006.