Summary
X線スペクトルは、高温プラズマに関する豊富な情報を提供しています。本稿では、空間的にトカマクプラズマ中の培地原子番号の元素の水素 - 及びヘリウム様イオンを表示するために使用されるX線分光器を画像化、高波長分解能の動作を示します。
Abstract
X線スペクトルは、高温プラズマに関する豊富な情報を提供すること。例えば、電子温度と密度は、線強度比から推測することができます。プラズマ表示ヨハン分光計を用いることにより、良好な空間及び時間分解能での密度、温度、及び速度などのプラズマパラメータのプロファイルを構築することが可能です。しかし、よく診断実験室プラズマから得られたX線スペクトルの原子コード・モデリングをベンチマークすると、他の独立した診断が利用できないときにプラズマパラメータを決定するために、このようなスペクトルの使用を正当化することが重要です。この原稿は、空間分解能（HIREXSR）、トカマク中の培地原子番号の元素の水素 - 及びヘリウム様イオンを表示するために使用される高波長分解能、空間的にイメージングX線分光器で高分解能X線結晶撮像分光装置の動作を提示しますプラズマ。また、この原稿は、そのようなイオンを導入することができ、レーザブローオフシステムをカバー正確なタイミングでプラズマにプラズマ中の輸送の摂動の研究を可能にします。
Introduction
X線スペクトルは、高温プラズマに関する豊富な情報を提供すること。例えば、電子温度と密度は、線強度比から推測することができます。軸外プラズマ表示ヨハン分光計を使用することにより、このような良好な空間及び時間分解能1,2プラズマ内部の密度、温度、及び速度などのプラズマパラメータのプロファイルを構築することが可能です。この原稿は、空間分解能（HIREXSR）、トカマク中の培地原子番号の元素の水素 - 及びヘリウム様イオンを表示するために使用される高波長分解能、空間的にイメージングX線分光器で高分解能X線結晶撮像分光装置の動作を提示しますプラズマ。
HIREXSRはAlcator C-Modの、それぞれ0.67メートルと0.22メートルのメジャーとマイナーの半径のトカマク核融合装置に配備されています。それは、典型的には、重水素プラズマが0.2から8.0×10 20メートルの間の平均密度で〜2秒の持続で動作-3 3の間のp>と中央の電子温度。これらの条件下では、高Z不純物元素の媒体は非常にイオン化し、対策をHIREXSR X線領域で放射します。よく診断された実験室プラズマから得られたX線スペクトルの原子コード・モデリングをベンチマークすると、他の独立した診断が4使用できない場合にプラズマパラメータを決定するために、このようなスペクトルの使用を正当化することが重要です。
すべての分光計は、その所望の使用のために構築されています。したがって、マシンとその関連する概念についての一般的な説明は完全にこれらの強力なツール5を把握することが必要です。光子が結晶の隣接する層を反射し、その波長の倍数である距離を走行する際、ブラッグ反射が発生します。1は、この現象を示している図 。この条件は、nは 、再オーダーである式のnλ= 2 Dの罪θbと表されます屈曲は、λは、光子の波長であり、dは結晶とθBの隣接する層の間の分離はブラッグ角です。 λとθbとの 1対1の対応は、同じ波長で検出器平面の旅行の特定の時点での全フォトンことを示しています。しかし、実際には、ブラッグ角からの偏差として現れる吸収と精度の限界。これは、ロッキングカーブ6で示される重要な建設的干渉を生成する角度だけ小さな範囲になる。 図2は、方解石結晶の例曲線です。
HIREXSRは球状に曲がっ結晶7とヨハン分光計です。この種の装置を説明する前に、簡単な、円形分光計の議論は適切です。これは、セットアップに角、それぞれのブラッグで入ってくる光子を反映して曲がった結晶で構成されてい病棟単一X線光子計数ピクセル検出器のアレイを。 図3に表示されているように結晶と検出器は、ローランド円の接線を置く。ローランド円の直径が結晶の曲率半径に等しいです。結晶の任意の点までの円周上の任意の点からの全ての光線は、結晶自体に関して同じ入射角を持っています。
HIREXSRの場合には、球状に曲がった結晶は、図4に示した子午面における空間分解能を可能にする子午線フォーカスF mは次のように定義されます。R cはの曲率半径メートル = R Cの罪θのB、F結晶。 - メートル / COS 2θbの F S = F：矢状焦点F Sは以下のように定義されます。分光計Δxの空間分解能が与えられます。によって： 
ここで、L CPは結晶とプラズマとの間の距離であり、Dは、結晶の高さです。結晶層の2次元の間隔が離散的であるため、材料を選択する際に、これが考慮に入れなければなりません。検出器面は平面であるので、それらは、検出された光がローランド円上の対応する点上に正確に着弾されないので、結果的にエラーを生じさせる一点、でローランド円に接することができます。物理的には、この位置ずれは、検出器上の特定のエネルギーの光子の「にじみ」として現れます。このヨハン・エラーは以下のように定義されます
ここで、lは 、結晶の幅です。検出器画素幅ΔXpはヨハン誤差よりもはるかに大きい場合、スペクトル分解能は、それとは無関係です。彼らの場合匹敵するサイズの再し、総誤差は、以下によって近似することができます。 
。結晶分光器の分解能は、次式で与えられます。 
ここで、 
。 図5に示すように、代わりにHIREXSRに、しかし、ローランド円上の点に検出器の接線を置くの検出器は、スペクトル範囲のために精度を犠牲にするためにわずかに傾斜している。このエラーの分析は、実験的に確認されていると期待8に準拠しています。
ヨハン分光計を設計する際に考慮すべき2の重要なパラメータがあります。まず、撮像範囲は、分光計が観測されるかを決定します。プラズマを研究するために、ポロイダルとtoroiによって引き起こされるラインシフトを区別するために、その全体の断面を表示することが非常に望ましいですダル回転。 HIREXSRは、それが全体のプラズマを閲覧することができるように取り付けられており、正確なトロイダル測定を可能にするために（ 図6に示す）~8°の軸外に少し傾いています。第二に、時間分解能は、分光計が記録することができ、イベント間の最小時間を調節します。 Alcator C-Modのために、望ましい値は、エネルギーと粒子閉じ込め時間より短い20秒、以下です。 HIREXSR用途が20ミリ秒以上の6の時間分解能をサポートすることができ、X線計測ピクセル検出器は、9。 表1は、モジュールの仕様のすべてをまとめました。
摂動プラズマ研究のために、Alcator C-MODにレーザブローオフシステムは、正確なタイミング10と、複数のアブレーションを送達するために使用されます。レーザのNdである：YAG（ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット）は、最大10Hzで動作します。レーザーは図7に示すように焦点を合わせ、リモート制御光学トレインに入射し、去勢牛スライド上の所望の位置にビーム。レーザーのスポットサイズは、注入は、プラズマを破壊しないように制御する必要があります。長焦点距離（1146ミリメートル）集光レンズは、アブレーションされたスポットサイズは、約0.5から7ミリメートルまで変化することを可能にするリモート制御リニアステージを介して光軸に沿って平行移動されます。高速ビームステアリングは、2D圧電ミラーを介して達成されます。この圧電システムは、ミラーができるマウント駆動RS232に装着されています。 Ndに加えて：YAGレーザー、633nmのダイオードレーザは、主（赤外線）ビームの位置を示すために使用されます。ビームは、第1のミラーを介して同一直線上にするように作られています。
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Protocol
1.適切なスペクトル線を選択します
- 得られたデータの品質を決定する適切な輝線を選択する希ガス排出ラインは電子温度に対して異なる値で関連なり8に示す図 。
- 電離状態とライン比率はイオン化、衝突励起、発光再結合および誘電体再結合の競合によって決定されることに注意してください。これらのプロセスは、プラズマの温度と密度に応じて変化することができます。この変化の例については、 図9を参照してください。
- 関心の輝線の波長と相対的な強さのために他の出版物を参照してください。このプロトコルでは、ライス、JE ら （2015年）4の特徴などの媒体Z彼のようなイオンを使用します。スペクトル例については、 図10を参照してください。
- 彼らは共同のように、メインシリーズ外線からの衛星を研究することが重要であることに注意してください測定されているラインを持つ未解決であるULD。いくつかの本質的な不純物（Fe 等 、モリブデン、Tiは、）常にトカマクでプラズマ対向構造やコンポーネントから存在することになります。例えば、 図11は、後者はモリブデン線と重なっているため、アルゴンLyのα1は Lyとのα2ラインよりも良い選択肢であることを示唆しています。
- - （Z、1秒禁じられ、共鳴（1S2P 1 P 1ワット 、1秒2 1 S 0）：周り0.5-3 keVのの範囲の温度でプラズマは、アルゴンについては、次の彼のような行（すべてのnは= 2の遷移）を取得2 1 S 0 - 1S2P 3 S 1）、およびintercombination（X、1秒2 1 S 0 - 1S2P 3 P 2およびy、1秒2 1 S 0 - 1S2P 3 P 1）。アルゴンn = 2の遷移については、H-ようなスペクトルは、3.72Å<λ<3.80Åと彼のようなSPECTRの間にありますUMは3.94Å<λ<4.00オングストロームの間にあります。これらのスペクトルのプロットについては、 図11と図12を参照してください。
2. HIREXSRハードウェアの取り付け
- HIREXSR 1,2,5を取り付け、建物の詳細および仕様については、関連する出版物を参照してください。このセクションでは、その手順の中で最も重要かつ決定的な段階に焦点を当てます。
- 8°非対角ビューを可能にするために角度を付けAlcator C-MODのレーストラック形ポートのいずれかにマウントHIREXSR、。
- H-ようなスペクトルを表示するには、4.56215Å2dの間隔、直径50mm、曲率の1385ミリメートルの半径を有する円形（102）-quartz結晶を得ました。
- （102）は4.56215Å2D間隔で-quartzの長方形を得る、64ミリメートルの幅と27ミリメートルの高さは、彼のようなスペクトルを表示します。
- スペクトロメータの筐体にアクセスすることによってHIREXSRのハウジング内に両方の結晶を挿入し、マウントその側に位置するハッチ。そのレイアウトについては図13を参照してください。
- 同じハッチを通じて、1 H-ようなスペクトルのための検出器と、彼のようなスペクトルのための他の3を予約し、分光器本体内の指定された可動マウント上の4つの検出器をボルトで固定します。この構成は、図14に示されています。
- 位置125センチメートル離れた検出器と、結晶の中心から線が結晶の中心にローランド円の中心から線を有するB / 2角度θ、θを作るような結晶からのマウントBは、測定されるスペクトルの中央のブラッグ角です。 図5を参照してください。
- アルゴンなお、H状結晶はθB = 60.5°に結晶使用結果θB = 55.5°、および彼のように結果を使用します。
- 角度検出器が一致するように、修正された構成は、図5に示します。
- 収集したデータは実験実行中に知られているソースに対して較正されるように、検出器の正確な位置合わせは、重要ではないことに注意してください。
- 0.001 "の厚さと直径4"のベリリウム窓を設置することによりトカマク真空とは別のHIREXSRのヘリウム雰囲気。そのレイアウトについては図13を参照してください。
- ベリリウムウインドウの障害から保護するためにウィンドウとリアクトルとの間に10 "のゲートバルブを取り付けます。
- 局所的な圧力が分析計とトカマクの両方の損傷を避けるために、10ミリトールを超えて上昇すると、ゲートバルブが閉じる必要があることに注意。
- それぞれ、HIREXSRとAlcator C-Modのの、検出器および結晶の相対距離に伴って、分光器とトカマクとの間で、トップダウンとサイドビューのため6と図、 図 15を参照してください。
- レーザーブローオフ装置10の構成についての詳細および仕様については、関連する出版物を参照してください。
- カルシウムを注入するには、（材料にレーザ吸収を助けるために）、レーザーブローオフシステムでスライドを置きクロムの100オングストロームでは2μmのCaF 2スライドを取ります。これはC-Modの反応器へのアクセスを必要とするなどの操作が日に開始する前に、これを行います。
- スライドを見て、黒と白のCCDカメラを見るためにAlcator C-MODの閉回路のケーブルテレビシステム上の14のチャンネルに変更します。 633nmのダイオードレーザースポットは、スライド上で表示されるはずです。
4.プラズマ実験を実行します
- 実行日の初めに、X線計数ピクセルそれぞれの実験のための検出器、または「ショット」からデータを収集して保存するスクリプトを起動します。これは、PLACの特定の検出器の設定に依存します電子。 HIREXSRへの具体的な手順は、ここに提示されています。
- C-Modの制御室のワークステーションから、コマンドライン端末を起動します。
- xxは07から10までの範囲」のssh -X DETする@ dec0xx」を、入力することにより、遠隔検出器に接続します。
- 「CDのp2_1mod」を入力してディレクトリを変更します
- コマンド「runtvx」を実行します。これは、テキストで雪崩ますウィンドウが表示されます。
- テキストが停止したら、Enterキーを2回押します。起動スクリプトは〜2 keVの50ヘルツと閾値エネルギーにフレームレートを設定します。テキストの別の雪崩が発生しますと検出器は、キャリブレーションを開始します。
- このすべてが終了するまで待ち、ウィンドウに「exit」と入力します。
- 各検出器07から10のために繰り返します。
- 一日中、連続運転の継続のためのハウジング内にガスをポンピングすることにより、わずかに周囲温度以上にHIREXSRにヘリウム雰囲気を維持します。これは、大気中のX線ATTENを低減しますuationと結晶の熱膨張。
- プラズマは、今後の撮影中に所望のプラズマパラメータに達する確保するためにオンサイトのエンジニアリングスタッフとのコラボレーション。パラメータはショットにショットから変更している場合は、すべてのショット間のエンジニアリングスタッフにこれを通信します。
- また、いつか実行日の間に、その日撮影したデータのキャリブレーションのためのエンジニアリングスタッフから「ロックモード」ショットを要求します。ラインケらを参照してください。2012年1ロックモードの説明とそれらがどのようにキャリブレーションのために使用されているために。
- 摂動輸送研究のために：各ショット、プログラムレーザーブローオフシステムの前に所望の時間での血漿への非リサイクル不純物の所望の濃度石（CaF 2、SC、 等 ） を注入します。
- スライドからアブレーションされた材料の量を制御するレーザスポットサイズ、決定します。 Alcator C-Modの、アブレーションされたチームメイトの約10％で運用経験からリアルは、低消費電力動作10の間にプラズマコアにそれを作ります。典型的なスポットサイズは、0.5〜3.5ミリメートルの範囲にあります。
- 心の中で最大10 Hzの動作速度を保ち、希望ブローオフタイミングを決定します。
- レーザーブローオフシステム制御GUIに所望のスポットサイズとタイミングを入力します。例えばライスらによる、輸送研究。2013 11は、0.5から3.5ミリメートルにスポットサイズを変化させると、注射ごとに300ミリ秒を持っていました。
- すべての研究について：プラズマは開始後の血漿0.3秒にパフのアルゴンへのガスのバルブを設定します。パフは、約0.1秒を持続し、約10 -4倍の電子密度にアルゴン密度を上げる必要があります。
- このようなC-MODとしてMDSplusを使用するシステムのための実行日の間にライブ診断データを表示するにはdwscopeを使用してください。
- アプリケーションメニューから、トカマク制御室のワークステーション、オープンdwscopeから
- anothから示され、関連する診断を有する1つまたは複数の範囲ファイルを入手えーユーザーは、または（高度）MDSplusツリーコマンド言語を使用してカスタムのものを作成します。
- "|から...使用保存された設定のカスタマイズ」し、それをロードするためにスコープファイルを選択]をクリックします。有用な例の範囲は、plasma_n_rot_z.dat、 図16のdwscopeのGUIで表示されます。
- 空白の下のバーにテキストボックスをままにして、データが最新ショットからロードされます。
- 必要であれば、ショット数を入力して、特定のショットからデータをロードするために、「適用」をクリックします。
- 今後のショットのためのすべての準備が完了し、エンジニアリング事業者に通知し、彼らはプラズマを点火に進むことができること。
- プラズマを開始する事業者を待って、それを終了します。 Alcator C-Modのでは、開始プロセスは、約3分続くと、プラズマが10秒未満のために燃焼します。
- レーザーブローオフシステムを使用している場合、視覚的にスライドのカメラビュー（セクション3を参照）を介してスライドアブレーションを確認します。
- 実験設定に変更を加え、必要に応じて、彼らは、その後に適用することができるので、オペレータにそれらを伝えるために、この時間を使用します。
- ハードウェアへの変更が必要な場合、研究者は、彼らがトカマクを開き、人々がAlcator C-MODの周囲を入力できるようにする他の安全機能を解除しますその間オペレータは、「セルへのアクセス」を要求すべきであることに注意してください。それ以外の場合は、無制限のアクセスは、実行日の前と後に使用可能です。原子炉の近くで作業するときHardhatsは必ず着用してください。
- 実行日が終了した後に、任意の所望のプラズマ診断を検討する前のようdwscope使用してください。
- データはまた、プログラムの異なる言語のための様々なMDSplus APIを介してアクセスできることに注意してください。
5.キャリブレーションHIREXSRロックモードデータTHACOを使用しました
- ラインに統合された12であるHIREXSRデータを、反転させるHIREXSR解析コード（THACO）を使用します。これらのステップのすべてのための参考と詳細な内訳は、MITプラズマ科学・核融合センター（PSFC）オンラインライブラリに未発表THACOマニュアルにオンラインで見つけることができます。このセクションでは、キャリブレーション処理に続いTHACOを初めてセットアップおよび起動をカバー。
- PSFCネットワークに接続されたマシンで初めて使用するためTHACOを設定するTHACOためAlcator C-ModのWikiページの指示に従ってください。また、ネットワーク管理者から分光ツリーへの書き込みアクセスを要求する必要があります。
- IDLコマンドライン・インタフェースを起動するから、コマンドラインに「IDL」と入力します。
- IDLから、THACOを起動するには '@のthaco.bat」と入力します。
- データの校正に使用されるロックされたモードを特定します。
- Webブラウザを開き、PSFCログブックに移動します。
- ＆＃]をクリックします34;カスタムクエリ」ボタンは、検索ページを表示します。
- カスタムクエリテキストボックスで、YYMMDDはロックされたテキストを含むログエントリを表示するために、実行日の年/月/日である " '1yymmdd %%%'とTEXT LIKE '％がロックモード％' LIKE SHOT」を、入力してくださいモード。
- ログエントリからロックモードのショット数を決定し、そしてロックモードの開始/終了時間のメモを取ります。
- ロックされたモードのベースラインを有する電子温度13を決定するような行の比率を含むもののように、すべての診断のために厳密には必要ありませんが、ブラッグ角が拡大による結晶格子に日々からシフトすることができるので、非常に14を収縮/推奨されることに注意してください。
- THACO GUIでは、テキストフィールド」（ACTIVE）SHOT」にロックモードショット番号を入力し、Enterキーを押します。
- ボタン「LAUNCH W_HIREXSR_CALIB」を押して、校正ウィジェットを起動します。
- ウィンドウ番目で「SHOT」と表示されたフィールドがロックモードショット番号が含まれていることをポップアップ表示で、確認して、「MODULE」に番号をメモを取ります。変更がどのフィールドにも行われた後、Enterキーを押して入力します。
- ウィンドウの上部に第三に、「LOAD」ボタンをクリックして、データがロードされるのを待ちます。
- ウィンドウの中央第三に、「LOAD」をクリックして、より多くのデータがロードされるのを待ちます。
- データが正常にロードされ、フィット楕円が良く見える場合は、ロックモードショットのキャリブレーションが済んでいるとして、「MODULE」フィールド（1-4）中の異なる数でキャリブレーション手順を繰り返します。
- すべてのモジュール（1-4）が既に較正されている場合は、ショットのキャリブレーションが済んでいるので、キャリブレーションおよび検出器の位置合わせ手順の残りの部分をスキップし、第6節に直接進みます。
- ウィンドウの右上隅にある適切なオプションを選択することで、スペクトルフィッティングを開始します。唯一のH-様とAr彼様およびCaがSPECTRA現在、箱から出してサポートして再度。
- 「T1 = "とログブックに記載されているそれぞれのロックモードの開始/終了時刻の「T2 ="フィールドを設定します。
- 「LOW FIT」と左上にスペクトルに重畳された破線の白線で示さフィット領域までスライダー「HIGHをFIT」に移動し、関心のスペクトル線が目に見えて解決された領域のみが含まれています。
- 「FIT / SAVE SPECTRA」ボタンをクリックして、フィッティングプロセスが終了するのを待ちます。
- フィッティングプロセスが完了すると、視覚的にスペクトルフィットのすべてを検査するGUIの中部3分の1で、それの横に、「SPEC」スライダーや左/右矢印を使用していました。
- 任意の不良または外れ値を削除すると、「SPEC」スライダーの横にある「BAD」のチェックボックスをチェックすることでフィットします。既知のスペクトルとの比較のためのステップ1.3で見つかった作品を参照します。例えば、彼のようなカルシウムスペクトルは図10のようになります。
- GUIの下部3分の1から目的の行（W、X、Y、Z）を選択することにより、楕円フィッティングを開始します。
- 「FIT楕円」ボタンをクリックして、スペクトルのフィットに収まるように、楕円のを待ちます。
- 楕円が視覚的にフィットスペクトルと一致するまで、「LOW」、「HIGH」、および「OUTL」スライダーを移動します。楕円は細心の注意することができ、非線形最小二乗法MPFIT 15と適合しています。
- 完了したら、「SAVE楕円」ボタンをクリックし、次の所望のラインで処理を繰り返します。
- すべてのラインがフィットしているときは、入力はまだ較正され、プレスされていない別のモジュール（1-4）に「MODULE」に変更し、ステップ5.7.1から再び進行します。
- すべてのモジュールが較正された場合には、ウィジェットを閉じるには、「QUIT」ボタン（ない 'X'）をクリックします。
- 検出器の配置ウィジェットを起動するボタン「LAUNCHのW_HIREXSR_DET_ALIGN」を押してください。 <オール>
- 「SHOT」フィールドに、校正済みと入力し、Enterキーを押しますされている最近の知らロックモードのショット数を入力します。 「MODULE」フィールドに注意してください。
- 「LOAD」ボタンをクリックし、データをロードするのを待ちます。
- 左下隅で、「検出器位置」パネル内のすべてのスライダーの値を書き留めます。
- 「SHOT」フィールドでは、ロックされたモードのショット数がキャリブレーションされていると入力し、Enterキーを押します。
- 「LOAD」ボタンをクリックし、データをロードするのを待ちます。
- それぞれの変更の後Enterキーを押し、「検出器位置」パネルに、以前書き留めた値を入力します。
- 円形残差の全てまたは大部分が緑色のバー内にあるまで、スライダーを介して、または手動でテキストボックスの値を変更することにより、いずれか、「検出器位置」パネルで値を変更します。
- まだ整列されていないモジュール（1-4）とpに「MODULE」フィールドを変更RESSを入力します。そして、ステップ5.10.1から進んでください。
- すべてのモジュールが整列された場合には、ウィジェットを閉じるには、「QUIT」ボタン（ない 'X'）をクリックします。
- キャリブレーションは、現在行われています。ロックモードショットで第6節に進んでください。
THACOを使用したHIREXSRデータの6.高度な分析
- ラインに統合された11であるHIREXSRデータを、反転させるHIREXSR解析コード（THACO）を使用します。これらのステップのすべてのための参考と詳細な内訳は、MITプラズマ科学・核融合センター（PSFC）オンラインライブラリに未発表THACOマニュアルにオンラインで見つけることができます。このセクションでは、プロファイル・データを表示するには、実際の反転処理をカバーしています。
- 興味のあるショットのショット数を決定します。
- THACO GUIから、ショット数にフィールド」（ACTIVE）SHOT "を設定し、Enterキーを押します。 GUIは、底面のログの変化を認めるべきです。
- 、関心のスペクトル線を選択してフィールドを設定＆＃34;関心の行番号へLINE」、アルゴンの場合、これは通常、H-様lya1ラインのために彼のようなzのラインの2、および3になります。
- 行番号のすべてが利用可能に一覧表示する「LISTのTHACO行番号」をクリックしてください。
- GUIの上部にある「BINNING」タブをクリックします。
- THACOツリー（THT）空室確認のため、「THTの空室状況をチェックする」をクリックします。 GUIの底部には、使用可能なすべてのTHACO木をログインする必要があります。
- 可用性に記載されていない最初の番号にフィールド「新しいTHACOツリー（THT）番号」を設定します。
- 新しいTHTので以前の分析が上書きされない作成するために、「CREATE」ボタンをクリックします。
- 利用可能なTHTsのリストを更新するには、もう一度「THTの空室状況をチェックする」をクリックします。
- 次の新しく作成されたTHT番号に "（ACTIVE）SHOT」の欄に「THT」フィールドを変更し、Enterキーを押します。 GUIのログには、このアクションを認めるべきです。
- トンの場合彼現在のショットは、GUIの上部に「CALIB」タブをクリックし、ロックモードではありません。
- ロックモードを「shotから校正データ」に変更するデータを較正するために使用されます。
- キャリブレーションをコピーするには「COPY」ボタンを押してください。
- 再び「BINNING」タブをクリックします。
- カスタムbinningsを行う手順については、THACOマニュアルを参照してください。
- 以前の分析からビニングコピーするには、「COPY」ボタンでパネルにそれぞれのフィールド（各変更の後にEnterキーを押す）にショット/ THTを入力します。
- ビニング以上のコピー：「支店A "を選択し、「COPY」をクリックし、「BRANCHのB」を選択して、もう一度「COPY」をクリックします。
- GUIの上部にある「プロファイル」タブをクリックします。
- このセクション内に存在する高度な機能を使用する方法については、THACOマニュアルを参照してください。
- それ以外の場合は、ショット/ THTあちこちを入力します。トップパネルで、それぞれの分野にミリアンペア前の分析（各変更の後にEnterキーを押します）。
- 「LOADのGOOD」ボタンに続いて「LOAD RHO」ボタンをクリックします。
- 「RUN THACO」ボタンをクリックすると、THACOは反転処理を開始します。これは数分かかる場合があります。
- 種々のラインの瞬間を計算するために、スペクトルにマルチガウスフィットを実行して、ラインに統合されたプロファイルデータを計算するためにそれらの瞬間を使用して、その行に統合されたデータを反転：THACOは、実際にこのプロセスの間に独立した一連のステップを通過していることに注意してください最小二乗法による。トラブルシューティングに役立つ手順からの中間出力は、瞬間およびプロファイルのウィジェットで見つけることができます。興味があるユーザは、これらの手順と方法反転処理をより細かく詳細に制御するために、これらのウィジェットを使用する方法の詳細については、THACOマニュアルに目を通すことが奨励されます。
- 反転処理フィニ一回「プロファイル」タブをクリックし、「LAUNCH_W_HIREXSR_PROFILES」から視覚的にプロファイルを検査するシーズ、。
- 一番下にある「ツリーI / O」パネルで「LOAD」ボタンを押して、データをロードするのを待ちます。
- 自動化されたプロセスが失敗した場合は、見つける」ための反転をDO "と" ALL "すぐにすべての反転をやり直す]をクリックします。
- 手動でフレームを変更するには、一番下の「TIME」のスライダーを使って、右の反転プロファイルを検査します。
- 左に外れ値のチャンネルを選択するには「CH番号」の隣に/ +ボタン、チェックボックスをオフ- 、（ 例えば 、負温度、エッジに向かって非物理的な勾配、）間違って使用するように表示されるすべての反転プロファイルがある場合反転ステップからそれらを削除するには「GOOD」オプションを選択します。
- 排出量は不確実性が高くなるように、エッジに向かって弱くなる傾向にあることに注意してください。しかし、反転温度がまだ小さい（必ずしも）は、zに行くべきエッジでエロ値。
- 検索する」の反転をDO」と現在のフレームのプロファイルを反転させるために、「CURRENT」をクリックします。反転プロファイルが正しいと思われるまで、外れ値を除去することを繰り返します。
- データが満足できるようだ後にEnterキーを押して、「SAVE」。
- データを検査するためのプロファイルウィジェットを使用してください。
- 必要であれば、異なるスペクトル線から構成プロファイルを比較するために、「COMPARE」タブで「LAUNCHのW_HIREXSR_COMPARE」をクリックします。プラズマコア温度が彼のような発光を追い越すためにアルゴンH様の発光に十分に熱くなったときに、これは便利です一般的なシナリオです。
- データはまた、プログラムの異なる言語のための様々なMDSplus APIを介してアクセスできることに注意してください。関連するパスのTHACOのマニュアルを参照してください。
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Representative Results
彼のようなアルゴンスペクトルのための1つの時間ビンのピクセル検出器からの代表的なデータサンプルは、図17に示されている。球状結晶によって楕円形状に曲げられたスペクトル線を、はっきりと見えます。トップ検出器が壊れた検出器パネルを持っており、検出器のすべてに散らばっていくつかのデッドピクセルがあります。壊れた検出器パネルからのデータは無視されるべきです。測定されたスペクトルと単一弦の上にTHACOによって行わスペクトルフィッティングの結果を示す検出器からのスライスは、図18と図19に示されている。その結果、ライン統合プロファイルデータは、図20に示されています。
彼のようなアルゴンラインからTHACOによって作成された反転プラズマ温度とトロイダル速度プロファイルの例を図21に見ることができる。測定されたイオン温度HIREXSRから他の測定チャンネル1に独立した診断に同意します。アルゴン、リサイクル不純物を用いて、イオンプロファイルはプラズマの全体の進化にわたって測定することができます。これは不純物閉じ込め時間よりも長い時間スケールにわたる研究のプラズマ進化などら。2013年11ライスのように輸送研究にとって重要です。検出器は代わりに過渡不純物を測定するように配置した場合、カルシウムなど、HIREXSRは、一時プロファイルデータを提供します。 Howardらを参照してください。このような研究のために2011年10。
ブラッグ反射の図1.イラスト。着信光線が反射し、建設発生率と波長のその角度に基づいて干渉します。 表示するには、こちらをクリックしてください。この図の拡大版。
方解石の結晶図2. Aロッキングカーブ点線は全く吸収がない理想化された場合であるが。黒色の曲線は、観測されたデータに最適です。
図3.曲がったクリスタルとヨハン分光計。円の円周上の同じ場所に着信入射する光線が結晶に入射同じ角度を有しており、検出器上の同じ場所に終わる。 ご覧になるにはこちらをクリックしてください。この図の拡大版。
D / 54408 / 54408fig4.jpg "/>
球状に曲がっクリスタル図4. Aヨハン分光計のスペクトルはプラズマを介して複数のライン平均弦に沿って捕獲されるようにします。結晶の球状の曲げは、子午面に沿って空間分解能を可能にします。 の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。この図。
図5 HIREXSRに使用される検出器結晶配向は。HIREXSRでは、検出器が測定される波長のより広い範囲を可能にするために、わずかに標準配置から角度を付けている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
光学系の図7.レイアウト。この図は、ハワードら 10からのレーザブローオフシステムのための光学系のレイアウトを示しています。
様々な希ガスについては、図8フラクショナル充電状態豊富。このプロットは、分数電荷状態の存在量を示しています冠状平衡状態にある様々な希ガスのため。完全に取り除か状態が二点鎖線で一点鎖線とNE-などと、破線の彼のようにH-様、実線で示されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図9のCa 18+ K /ワットの明るさの比率。彼のようなカルシウム18+（赤点）におけるワット共鳴線にdielectronic衛星kの測定弦平均輝度比理論曲線（緑色の線）と比較。
彼のようなカルシウム18+スペクトル。測定された彼のようなカルシウム18+（W、X、Y、およびZ）satelliとスペクトル測定図10. TES（最も顕著 '4'、 '3'、Q、Rおよびk）はドットで示されています。実線で示す衝突放射モデルで計算合成スペクトル。
図11は、合成スペクトル（赤線）と、H-様のAr 17+スペクトラム。のAr 17+のLyのαダブレットと近くの衛星（緑の点）の測定されたスペクトルを測定しました 。 Mo 32+ラインとのLyのα2線との重複に注意してください。
図12は、彼のようなのAr 16+スペクトルを測定した。アルゴン16+ワット共鳴線付近にX線スペクトルを測定しました。対数スケールに注意してください。
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図13.内部ビューは、結晶を示すとウィンドウう。ベリリウム窓を（a）と、ハウジング内から見た結晶（b）が表示されます。してウィンドウは、赤と緑、球状結晶、および紫色の矩形結晶で標識されています。
検出器の表示図14.内部を見る。彼のようなスペクトルのための3つの検出器アレイがで左の（a）、およびHのようなスペクトルのために示されているがの右側に（b）に示します。彼のようなスペクトルのために使用される3つの検出器は、同時にプラズマのコアおよびエッジからのスペクトルの取り込みを可能にします。
dwscopeの図16の例を見る。この図は、dwscopeのインスタンスのスクリーンショットを示しています。 HIREXSRからのラインに統合されたデータは、赤いボックスで強調表示されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図17.例検出器出力。この図は、デによって収集された例生データを示し、彼のようなのための単一の時間ビン（上部、中央）とH-様（下）アルゴンスペクトルにわたってtectors。 y軸は、子午角の波長、及びx軸に相当します。球状結晶によって楕円状に曲げられたスペクトル線は、はっきりと見えます。トップ（1×ゲイン）とボトム（2倍ゲイン）スペクトルは、コアからのものであり、中央のスペクトル（8倍ゲイン）が端からです。点線の緑色の線は、スペクトルフィッティングコードの異なる領域を分離します。トップ検出器が壊れた検出器パネルを持っており、検出器のすべてに散らばっていくつかのデッドピクセルがある。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
H-ようなスペクトル収集された図18の例。アルゴンのH様のスペクトルにわたってライン平均輝度を測定図17の下の検出器のピクセルの単一の列に対応する単一のコードと時間ビン（上部、白）、除去背景が緑色で示され、マルチガウスフィットは、シアンに示されています。トータルフィット複合スペクトルは赤線で示され、残差は、下の図にあるされています。 図11と契約を注意してください。
図19.例収集し、彼のようなスペクトル。 図17の一番上の検出器のピクセルの単一の列に対応する単一のコードと時間ビン（上部、白）、アルゴン彼のようなスペクトルにわたってライン平均輝度測定。除去背景が緑色で示され、マルチガウスフィットは、シアンに示されています。トータルフィット複合スペクトルは赤線で示され、残差は、下の図にあるされています。
図20.例ライン統合プロファイル。この図は、フィッティングラインの結果からTHACOによって生成されるラインに統合データの一例を示しています。それはtomographically完全プロフィールを返すように反転する必要があります。
図21.例逆血漿プロファイル。この図は、温度とトロイダル回転のプロファイルを生成するためにTHACOによって反転されたデータ例を示しています。 HIREXSRは、空間（y軸に沿って）解像度、（x軸に沿って）時間分解能の両方を行うことができます。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
| センサータイプ | 逆バイアスシリコンダイオードアレイ |
| センサーの厚さ | 320ミクロン |
| 画素サイズ | 172ミクロン×172ミクロン |
| フォーマット | 487×195 = 94965ピクセル |
| エリア | 33.5ミリメートル×83.8ミリメートル |
| ダイナミックレンジ | 20ビット（1：1048576） |
| ピクセル毎の計数率 | > 2×10 6のX線/秒 |
| エネルギー範囲 | 3-30 keVの |
| エネルギー分解能 | 〜500 keVの |
| 調整可能なスレッショルド・レンジ | 2-20 keVの |
| 読み出し時間 | 2.7ミリ秒 |
| 最大フレームレート | 300ヘルツ |
| 点広がり関数 | 1ピクセル |
| 外部Tリガー/ゲート | 5 V TTL |
| 消費電力 | 15 W |
| 大きさ | 275×146×85ミリメートル |
| 重量 | 1キロ |
表1検出器の仕様。HIREXSRの設計に関連するこのテーブルのリストの検出器の仕様。
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Discussion
この技術によって生成されたデータは、実験的研究の広範囲で使用することができます。イオン温度とトロイダル速度プロファイルは、本質的な自己生成プラズマ回転と非局所摂動効果を含む輸送研究の広い範囲で使用することができます。ハワードら。2011年10で行われていたように、レーザブローオフを通して注入した不純物のスペクトルを測定することも、血漿中の不純物の輸送に関する重要な情報を提供することができます。この時、X線画像分光プラズマの挙動をプロービングするための新規な方法作るプラズマコア1からのない他のプラズマ時間を提供することができ、診断および空間分解イオンプロファイルデータ、。
プロトコルの中で最も重要なステップは、対象の波長領域におけるスペクトル線の同定です。観察されているラインが良い計数統計情報を提供することが強く、互いにパーソナルプラグインの両方から解決することが重要です衛星回線をrは。これらの線の強弱が異なる温度で劇的に変化し、誘電体の組換えなどの量子プロセスは、測定可能な効果を有し得ます。
スペクトル線が弱い場合には、測定された不純物を多く導入することにより、その強度を向上させることが可能です。波長の異なる範囲に関心がある場合、検出器は、単に長いブラッグ角が着信との間の干渉を防止するために、発散光と80°未満のを回避するために、より大きい45°の間に残っているように、ローランド円に沿って移動する必要があります光子を反映しています。検出器のフレームレートも速くまたは遅くなるように変更することができます。検出器は、読み出し時に光子をカウントされませんので、撮影した光子の割合は、得られたデータでより良い統計を考慮して、より長いフレームと共に増加します。
分光器・リアクター・インタフェースは10 -9スタンダードccにタイト漏れるする必要があります/秒のいずれかの側に1気圧の圧力差を維持することができます。ベリリウム窓が原因で3.1 keVのX線用の約40％であり、その高い強度と良好なX線透過係数、このインターフェイスのための理想的な選択肢です。 HIREXSRのハウジング内に維持ヘリウム雰囲気は、入射光線の周りに約1％のX線の減衰を低減します。一定のポンプには空気がハウジング内に漏れていないと地元の雰囲気を汚染されることを保証します。これらのシステムは、X線が検出器にそれを作る確保するための漏れを二重にチェックする必要があります。
真空チャンバーは、分光計のための理想的な住宅であろう。しかし、このようなチャンバは、このような大規模な分光計のために維持するために非常に高価で非現実的です。今後の改善点は、X線吸収を最小限に抑え、分光計、原子炉のインタフェースや地元雰囲気を作成するための新しい技術や最近の技術革新を使用してに焦点を当て、または現在もしくは類似の設計が安く、MOR作るしようとする可能性があり電子生存可能。
プラズマは、関心のある不純物をイオン化するのに十分に熱いが、再結合を可能にするのに十分に冷たいことが必要であるような技術は、その温度の要件によって制限されます。そのスペクトルがはるかに簡単と特徴づけることが容易であるため、また、H-様と彼のようなイオン化状態が好ましいです。プラズマの冷却端からデータを取得することが困難であることを意味し、それは、トカマクの温度範囲にわたってプラズマから有用なデータを取得するために、マシンの物理的な再構成を必要とし得ます。さらに、技術は幾分分光結晶の熱膨張に起因する較正ショットを実行する必要性によって制限されます。これは、結晶のより良好な温度制御、または他の新規のキャリブレーション技術と将来的に向上させることができました。
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| PILATUS 100k Detector System | DECTRIS | 100k | Superseded by newer PILATUS3 detectors |
| Bragg Crystals | Kurchaov Institute | Custom Part | |
| CaF2 Slides | LeBow | Custom Part | |
| High Purity Argon | Airgas | AR HP300 | Any high purity argon should work |
| Be window | Brush Wellman Electrofusion Products / Motion Hightech | Custom part |
References
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