מאמר שיטה

החלת רנטגן הדמיה קריסטל ספקטרוסקופיה לשימוש כמו טמפרטורה גבוהה אבחון פלזמה

11.2K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/54408

⸱

25 באוגוסט 2016

 ,  , 
1Department of Nuclear Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology, 2Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology, 3Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology

במאמר זה

סיכום

ספקטרום ה- X מספק שפע של מידע על פלזמות בטמפרטורה גבוהות. כתב יד זה מציג את הפעולה של החלטה גל גבוהה הדמיה מרחבית ספקטרומטר קרני רנטגן המשמש להצגה מימן והליום דמוי יונים של אלמנטים מספר אטומי בינוני פלזמה tokamak.

תקציר

ספקטרום ה- X מספק שפע של מידע על פלזמות בטמפרטורה גבוהות; עבור טמפרטורת צפיפות אלקטרונים למשל ניתן להסיק יחסי עוצמת קו. באמצעות ספקטרומטר יוהן הצגת פלזמה, אפשר לבנות פרופילים של פרמטרים פלזמה כגון צפיפות, טמפרטורה, מהירות עם רזולוציה מרחבית זמן טוב. עם זאת, בהשוואות דוגמנות קוד אטומית של ספקטרום ה- X המתקבל פלזמות מעבדה היטב מאובחנות חשובה כדי להצדיק את השימוש של ספקטרום כאלה כדי לקבוע פרמטרי פלזמה כאשר אבחון עצמאי אחר אינו זמין. כתב יד זה מציג את הפעולה של ספקטרומטר ברזולוציה גבוהה רנטגן קריסטל הדמיה עם רזולוציה מרחבית (HIREXSR), רזולוציה גבוהה גל הדמיה מרחבית ספקטרומטר קרני רנטגן המשמש להצגה מימן והליום דמוי יונים של אלמנטים מספר אטומי בינוני בתוך tokamak פְּלַסמָה. בנוסף, כתב היד הזה מכסה מערכת מכה פעמי לייזר שיכול להציג יונים כאלהאל הפלזמה עם תזמון מדויק כדי לאפשר מחקרי perturbative תחבורה בפלזמה.

מבוא

ספקטרום ה- X מספק שפע של מידע על פלזמות בטמפרטורה גבוהות; עבור טמפרטורת צפיפות אלקטרונים למשל ניתן להסיק יחסי עוצמת קו. באמצעות ספקטרומטר יוהן הצגת הפלזמה מחוץ לציר, אפשר לבנות פרופילים של פרמטרי פלזמה כגון צפיפות, טמפרטורה, מהירות בתוך הפלזמה עם 1,2 ברזולוציה מרחבית וזמן. כתב יד זה מציג את הפעולה של ספקטרומטר ברזולוציה גבוהה רנטגן קריסטל הדמיה עם רזולוציה מרחבית (HIREXSR), רזולוציה גבוהה גל הדמיה מרחבית ספקטרומטר קרני רנטגן המשמש להצגה מימן והליום דמוי יונים של אלמנטים מספר אטומי בינוני בתוך tokamak פְּלַסמָה.

HIREXSR נפרסה Alcator C-Mod, מכשיר היתוך tokamak עם רדיוס ראשי ומשניות של 0.67 מ 'ו 0.22 מ' בהתאמה. זה בדרך כלל פועל עם פלזמות דאוטריום קיימא ~ 2 שניות עם צפיפויות ממוצעות בין 0.2-8.0 x 10 20 מ -3 אלקטרונים מרכזיים בטמפרטורות שבין 1-9 keV 3. בתנאים אלה, בינוני עד אלמנטים טומאה Z גבוהה הופכים מיונן מאוד להקרין בטווח רנטגן, אשר HIREXSR אמצעים. Benchmarking דוגמנות קוד אטומי של ספקטרום ה- X המתקבל פלזמות מעבדה היטב מאובחנות חשוב כדי להצדיק את השימוש של ספקטרום כאלה כדי לקבוע פרמטרי פלזמה כאשר אבחון עצמאי אחר אינו זמין 4.

כל ספקטרומטר בנוי לשימוש הרצוי שלה. לפיכך, תיאור כללי על המכונית והמושגים הקשורים שלה עלינו לנסות ולהבין אלה כלים רבים עצמה מלאה 5. בראג השתקפות מתרחשת כאשר פוטון משקף את שכבות סמוכות של גביש ונוסע מרחק שהוא מכפלה של אורך הגל שלו. איור 1 מתאר את התופעה הזאת. מצב זה בא לידי ביטוי על ידי המשוואה nλ = 2 ד ב חטא θ, כאשר n הוא סדר מחדשכִּפּוּף, λ הוא אורך הגל של הפוטון, ד הוא הפרדה בין שכבות סמוכות של b קריסטל θ היא הזווית בראג. אחד כדי התכתבות אחד בין ב λ ו θ מציין שכל הפוטונים בנקודה מסוימת של נסיעות מטוס גלאי עם אותו הגל. בפועל, עם זאת, מגבלות קליטה ודיוק מניפסט כסטייה מהזווית בראג. התוצאה היא מגוון מצומצם של זוויות המייצרים התאבכות בונה משמעותית, מיוצגת על ידי עקומת נדנדת 6. איור 2 הם עקומים לדוגמא עבור גביש קלציט.

HIREXSR הוא ספקטרומטר יוהן עם גביש כפוף כדורי 7. לפני שתתאר סוג זה של מכשיר, דיון של ספקטרומטר פשוטה, חוזר מתאים. עד קבוצה זו מורכבת של גביש כפוף המשקף פוטונים נכנסים בראג שלהם זוויותמחלקות מערך של גלאי פיקסל ספירת יחיד רנטגן פוטון. הגביש ואת הגלאי שכבו משיק למעגל רולנד, כמובא באיור 3. הקוטר של מעגל רולנד שווה רדיוס העקמומיות של הגביש. כל קרני מנקודה מסוימת על היקף לכל נקודה על קריסטל יש את אותה זווית האירוע ביחס הגביש עצמו.

. במקרה של HIREXSR, ברזולוציה מרחבית היתרי קריסטל כפוף כדורית במישור מרידונל, באיור 4 מ 'ו מוקד מרידונל מוגדרת: f מ = b θ חטא ג R, כאשר c R הוא רדיוס העקמומיות של הגביש. ה- S sagittal מוקד f מוגדרת: s = f - f m / cos 2 ב θ. הרזולוציה המרחבית של x Δ ספקטרומטר ניתנתעל ידי: figure-introduction-1 Cp, כאשר L הוא המרחק בין קריסטל הפלזמה, ו- D הוא הגובה של הגביש. בגלל מרווח 2-הממדים של שכבות קריסטל הוא תלוי קשר, זה חייב להילקח בחשבון בעת ​​בחירת חומר. מאז משטחי הגלאים הם מישוריים, הם יכולים להיות משיקים רק למעגל רולנד בשלב מסוים, אשר כתוצאה מכך מוליד שגיאת הכיוון שהקרני המזוהה אינו נוחתים דווקא על הנקודות המקבילות שלהם על עיגול רולנד. מבחינה פיזית, חוסר תיאום זה בא לידי בתור "מריחות" של פוטונים של אנרגיה ספציפית על הגלאי. שגיאת יוהן זה מוגדר figure-introduction-2 שם, l הוא הרוחב של הגביש. אם p δx רוחב פיקסל הגלאי הוא הרבה יותר גדול משגיאת יוהן, אזי הרזולוציה ספקטרלית אינה תלויה בו. אם להםמחדש של גודל דומה, אז השגיאה הכולל יכול להיות מקורב על ידי figure-introduction-3 . את כושר ההפרדה של ספקטרומטר הקריסטל ניתן על ידי: figure-introduction-4 , איפה figure-introduction-5 . במקום צבת משיק הגלאי לנקודה על מעגל רולנד עם זאת, ב HIREXSR הגלאי בזווית מעט להקריב דיוק בטווח ספקטרום, כפי שמוצג באיור 5. ניתוח שגיאה זו אומת באופן ניסיוני ותואם ציפייה 8.

ישנם שני פרמטרים מכריעים לשקול בעת תכנון ספקטרומטר יוהן. ראשית, בטווח ההדמיה קובע את אופן הפעולה ספקטרומטר יהיה התבוננות. ללימוד פלזמות, רצוי מאוד כדי להציג חתך כולו שלה כדי להבדיל בין משמרות קו שנגרם poloidal ו toroiסיבוב דאל. HIREXSR מותקן כך שהוא יכול להציג את הפלזמה כולו, והוא מוטה מעט מחוץ ציר ידי ~ 8 ° (באיור 6) כדי לאפשר מדידות טבעתיות מדויקות. שנית, ברזולוציה זמן מסדיר את הזמן המינימלי בין האירועים ספקטרומטר יכול להקליט. לקבלת Alcator C-Mod, ערכים רצויים הם מתחת ל -20 מילים-שניות, קצרות יותר מאשר פעמי האנרגיה וכליאת חלקיקים. הגלאים פיקסל ספירת רנטגן כי השימושים HIREXSR יכול לתמוך ברזולוציה זמן של 6 עד 20 msec או גדול 9. טבלה 1 מסכמת את כל המפרט מודול.

עבור מחקרי פלזמה perturbative, ליזר המערכת לפוצץ פעמי על Alcator C-Mod נמצא בשימוש בכדי לשלוח כריתה מרובה עם תזמון מדויק 10. הלייזר הוא Nd: YAG (גארנט אלומיניום איטריום מסוממים ניאודימיום) הפועלים במהירות של עד 10 הרץ. הליזר הוא אירוע ברכבת אופטית בשליטה מרחוק כפי שמוצג באיור 7 המתמקד ו פריםהקורה למיקום הרצוי בשקופית. בגדלים ספוט של הלייזר צריך להיות נשלט כך הזריקה לא לשבש את הפלזמה. אורך מוקד ארוך (1,146 מ"מ) עדשת מרכזת מתורגמת לאורך הציר האופטי דרך שלב ליניארי נשלט מרחוק על מנת לאפשר גדלים במקום ablated להשתנות מן ~0.5 עד 7 מ"מ. היגוי קורה מהיר מושג באמצעות מראה פיזואלקטריים 2D. מערכת פיזואלקטריים זה הוא רכוב על מראה מונע RS232 הר מסוגל. בנוסף Nd: YAG לייזר, לייזר דיודה 633 ננומטר משמש כדי לציין את המיקום של הקורה המרכזית (אינפרא אדום). הקורות עשויים להיות קוליניאריות דרך המראה הראשונה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. בחירת קווים ספקטרליים מתאימים

  1. בחר קווי פליטה מתאימים שיקבעו את איכות נתונים המתקבלים. איור 8 מראה אילו קווי פליטת גז אצילים יהיו רלוונטיים בערכים שונים עבור טמפרטורת האלקטרון.
    1. ראוי לציין, כי יחסי המדינה וקו יינון נקבעים על ידי התחרות של יינון, עירור collisional, רקומבינציה קרינה ו רקומבינציה דיאלקטרי. תהליכים אלה יכולים להשתנות עם טמפרטורה וצפיפות פלזמה. ראה איור 9 עבור דוגמא וריאציה זו.
  2. עיין יצירות שפורסמו אחרים עבור אורכי הגל ואת החוזק היחסי של קווי פליטה של ​​עניין. בפרוטוקול זה, השתמש יונים בינוניים Z הוא דמויים כמאופיין אורז, JE et al. (2015) 4. ראה איור 10 עבור ספקטרום למשל.
  3. שים לב חשוב ללמוד לוויני מקווים מחוץ הסדרה הראשית, כפי שהם לשתףULD להיות פתור עם הקווים נמדדים. הזיהומים מהותיים החלק (Fe, מו, Ti, וכו ') תמיד יהיו נוכחים ממבנה פלזמה פונה ורכיבי tokamak. לדוגמה, איור 11 מרמז α1 ארגון Ly הוא בחירה טובה יותר מאשר קו α2 Ly שכן הלה חופף קו מוליבדן.
  4. לקבלת פלזמות בטמפרטורה נע סביב 0.5-3 keV, ללכוד את קווי הוא דמוי הבאים ארגון (כל מ n = 2 מעברים): תהודה (w, 1s 2 1 S 0 - 1s2p 1 P 1), אסור (z, 1s 2 1 S 0 - 1s2p 3 S 1), ו intercombination (x, 1s 2 1 S 0 - 1s2p 3 P 2 ו- y, 1s 2 1 S 0 - 1s2p 3 P 1). עבור ארגון n = 2 מעברים, בספקטרום H דמוי טמון בין 3.72 a <λ <3.80 Å ואת spectr הוא דמויאממ טמון בין 3.94 a <λ <4.00 Å. ראה איור 11 ואיור 12 מגרשים של ספקטרום אלה.

2. הרכבת חומרת HIREXSR

  1. עיין יצירות שפורסמו הרלוונטיים את הפרטים הספציפיים על הרכבה ובניית HIREXSR 1,2,5. סעיף זה יתמקד הצעדים החשובים ביותר קריטיים בהליך זה.
  2. הר HIREXSR על אחד הנמלים בצורת מסלול המרוצים של Alcator C-Mod, זוויתי כדי לאפשר 8 ° נוף מחוץ אלכסונית.
  3. השג חוזר (102) קריסטל -quartz עם מרווח 2d 4.56215 A, בקוטר 50 מ"מ, ברדיוס 1,385 מ"מ של עקמומיות כדי להציג את ספקטרום H דמוי.
  4. השיגו מלבני (102) -quartz עם מרווח 4.56215 2 ד ', רוחב של 64 מ"מ וגובה של 27 מ"מ כדי להציג את הספקטרום הוא דמוי.
  5. הכנס ולעגן הוא גבישים בתוך הדיור של HIREXSR ידי גישת הדיור של ספקטרומטר דרךהצוהר ממוקם על צידו. ראה איור 13 עבור הפריסה שלהם.
  6. דרך אותו הפתח, בריח ארבעת הגלאים על mounts מטלטלין המיועד בגוף ספקטרומטר, הזמנת גלאי אחד עבור ספקטרום H הדמוי, ושלושת האחרים עבור הספקטרום הוא דמוי. הסדר זה ​​מתואר באיור 14.
  7. מקם את כני 125 ס"מ הרחק גבישים כאלה שהקו ממרכז הגבישים לזה של גלאי עושה בזווית θ b / 2 עם קו ממרכז המעגל רולנד למרכז של קריסטל, שבו θ ב היא הזווית בראג של מרכז הספקטרום הנמדד. ראה איור 5.
    1. שים לב שעבור ארגון, גביש H הדמוי בשימוש תוצאות θ ב = 55.5 °, ותוצאות גביש המשמשות הוא דמוי θ ב = 60.5 °.
  8. זווית הגלאים כדי להתאים את הסדר שונה באיור 5.
    1. ראוי לציין, כי התיאום המדויק של הגלאי הוא לא חשוב, כמו הנתונים שנאספו יהיו מכויל נגד מקור ידוע בזמן הריצה ניסיון.
  9. האווירה הליום הנפרד של HIREXSR מפני הריק tokamak ידי התקנת 0.001 "עבה 4" בחלון בקוטר בריליום. ראה איור 13 עבור הפריסה שלה.
  10. התקן שסתום שער 10 "בין חלון הכור כדי להגן מפני כישלון של החלון בריליום.
    1. ראוי לציין, כי שסתום השער צריך לסגור כאשר הלחץ המקומי עולה מעל 10 mTorr כדי למנוע נזק הן ספקטרומטר ואת tokamak.
  11. עיין איור 6 ואיור 15 להשקפות מלמעלה למטה וצד, בהתאמה, של HIREXSR ו Alcator C-Mod, יחד עם המרחקים היחסיים של גלאי וקריסטלים, ובין ספקטרומטר ו tokamak.

התחת = "jove_title"> 3. הגדרת מחוץ Blow לייזר (LBO) מערכת

  1. עיין יצירות שפורסמו הרלוונטיות את הפרטים ספציפיים על בניית מנגנון הליזר לפוצץ פעמי 10.
  2. כדי להזריק סידן, לקחת שקופית 2 2 מיקרומטר CAF עם 100 של כרום (כדי לסייע בקליטת לייזר בחומר) ומניחים את השקופית במערכת לפוצץ פעמי לייזר. כמו זה דורש גישת כור C-Mod, לעשות זאת לפני פעולות להתחיל באותו היום.
  3. שנה לתעל 14 על מערכת טלוויזיה בכבלים במעגל סגור של Alcator C-Mod כדי לצפות מצלמת CCD שחור על גבי לבן כי שעונים השקופית. נקודת ליזר דיודה 633 ננומטר צריכה להיות גלויה בשקופית.

4. הפעלת ניסוי פלזמה

  1. בתחילה היום לרוץ, להתחיל את התסריט אשר יאסוף וישמור את נתונים מן גלאי הספירה פיקסל רנטגן עבור כל מחזור הניסיון, או "זריקה". זה יהיה תלוי התקנת הגלאים הספציפית Placדואר. השלבים הספציפיים HIREXSR מוצגים כאן.
    1. מתחנת עבודה בחדר הבקרה C-Mod, להעלות מסוף שורת הפקודה.
    2. להתחבר גלאי מרחוק על ידי הזנת "ssh -X det @ dec0xx", כאשר xx נע בין 07-10.
    3. שנת מדריכים ידי הזנה "p2_1mod cd"
    4. הפעל את הפקודה "runtvx". פעולה זו תציג חלון אשר מפולת עם טקסט.
    5. לאחר הטקסט נפסק, הקש enter פעמיים. תסריט ההפעלה יקבע את קצב הפריימים ל -50 הרץ ואנרגית סף ~ 2 keV. מפולת נוספת של טקסט תקרה ואת הגלאי יתחיל כיול.
    6. חכו עד שכל זה נגמר, והזן "יציאה" בחלון.
    7. חזור על הפעולה עבור כל גלאי 07-10.
  2. במהלך היום, לשמור על אווירת הליום HIREXSR מעט מעל טמפרטורת סביבה על ידי שאיבת הגז ברציפות לתוך הדיור עבור משך המבצע. פעולה זו מפחיתה atten רנטגן אטמוספריuation התפשטות תרמית של הגביש.
  3. שתף פעולה עם צוות ההנדסה באתר על מנת להבטיח את הפלזמה מגיעה פרמטרי הפלזמה הרצויים במהלך הניסיון המתקרב. אם הפרמטרים הם לשנות מצילום לצילום, לתקשר זו לאנשי צוות ההנדסה בין כל ירייה.
    1. בנוסף, מתישהו במהלך יום הריצה, לבקש זריקה "במצב נעול" מצוות ההנדסה לכיול של נתונים שצולמו באותו היום. ראה ואח Reinke. 2012 1 הסבר מצבי נעול וכיצד הם משמשים לכיול.
  4. עבור מחקרי תחבורה perturbative: לפני כל ירייה, תכנית המערכת לפוצץ פעמי הליזר להזריק את הריכוז הרצוי של זיהומים שאינם מחזור (CAF 2, Sc, וכו ') לתוך הפלזמה בזמנים רצויים.
    1. החלט על גודל נקודה לייזר, אשר שולטת על כמות החומר ablated משקופית. מניסיון מבצעי ב Alcator C-Mod, בערך 10% של תאומת ablatedריאל עושה את זה לתוך ליבת הפלזמה במהלך צריכת חשמל נמוך פעולה 10. גדלים במקום אופייניים נעים בין 0.5 כדי 3.5 מ"מ.
    2. קבע את תזמוני מכה הפעמיים הרצויים, תוך התחשבות מהירות פעולת 10 הרץ לכל היותר.
    3. הזן את גודל הנקודה הרצויה תזמונים אל GUI מערכת בקרת מכה פעמי לייזר. לדוגמא, במחקר הובלת רייס et al. 2013 11 מגוונות בגדלים ה"ספוט" 0.5 כדי 3.5 מ"מ והיה זריקות כל 300 msec.
  5. עבור כל המחקרים: הגדר את שסתום גז ארגון נשיפה לתוך 0.3 שניות הפלזמה לאחר הפלזמה מתחילה. משבם צריך להימשך כ 0.1 שניות ולהעלות את צפיפות ארגון לכ 10 -4 פעמים את צפיפות האלקטרונים.
  6. השתמש dwscope כדי להציג נתוני אבחון חיים במהלך היום בטווח למערכות באמצעות MDSplus, כגון C-Mod.
    1. מתחנת עבודה בחדר בקרת tokamak, dwscope הפתוח מתפריט היישום
    2. לקבל קבצי היקף אחד או יותר עם אבחון רלוונטי שנראה מ anothאה המשתמשים, או ליצור מותאמים אישית באמצעות שפת פיקוד עץ MDSplus (המתקדמת).
    3. לחץ על "התאמה אישית | השתמש שמורה הגדרות מ ..." ובחר קובץ היקף לטעון אותו. בהיקף דוגמה שימושית, plasma_n_rot_z.dat, מוצג עם GUI dwscope באיור 16.
    4. השאר את תיבת הטקסט בשורה התחתונה ונתונים ריקות ייטענו מהירייה האחרונה.
    5. אם רצונך בכך, הזן מספר זריקה ולחץ על "החל" כדי לטעון נתונים מתוך שוט מסוים.
  7. ליידע את מפעילי ההנדסה שכל הכנות הניסיון המתקרב הושלמו וכי הם רשאים ללכת להצית הפלזמה.
  8. חכה מפעילים ליזום הפלזמה ועבור שזה ייגמר. בשנת Alcator C-Mod, בתחילת התהליך יימשך כ -3 דקות ו הפלזמה תבער במשך פחות מ -10 שניות.
    1. אם אתה משתמש במערכת מכה פעמי לייזר, חזותית לאשר אבלציה שקופית דרך תצוגת המצלמה של השקופית (ראה סעיף 3).
  9. חכו tokamak להתקרר כדי להמשיך את הזריקה הבאה. בשנת Alcator C-Mod, תהליך זה יימשך 10-15 דקות.
    1. השתמש הפעם לבצע שינויים כלשהם על ניסיוני להגדיר ולתקשר אותם לשלושת המפעילים, כך שניתן יהיה להחיל לאחר מכן, אם ירצה בכך.
  10. שימו לב שאם כל שינויים בחומרה הם רצויים, החוקרים צריכים לבקש "גישת תא" לשלושת המפעילים, שבמהלכה יפתחו את tokamak ולהיפרד תכונות בטיחות אחרות כדי לאפשר לאנשים להיכנס הסביבה של Alcator C-Mod. אחרת, גישה בלתי מוגבלת זמינה לפני ואחרי היום לרוץ. Hardhats תמיד צריך להיות משוחק כאשר עובדים בסמוך לכור.
  11. השתמש dwscope כמו קודם לבחון כל אבחון פלזמה רצויה לאחר יום הריצה חתום עליהם.
    1. שים לב שנתונים ניתן גם לגשת באופן תוכניתי דרך APIs MDSplus שונים לשפות שונות.

5. כיולHIREXSR נעול מצב נתונים באמצעות THACO

  1. השתמש בקוד ניתוח HIREXSR (THACO) כדי להפוך נתונים HIREXSR, המהווה 12 קו-משולב. יעץ פירוט עבור כל השלבים הללו ניתן למצוא באינטרנט שניתנו במדריך THACO פורסם על מרכז מדע Fusion MIT פלזמה (PSFC) הספרייה המקוונת. סעיף זה מכסה התקנה ראשונה ושיגור THACO, ואחריו תהליך הכיול.
  2. פעל בהתאם להוראות המופיעות בעמוד הוויקי C-Mod Alcator עבור THACO להקים THACO לשימוש לראשונה על מחשב מחובר לרשת PSFC. ייתכן גם צריך לבקש גישת כתיבה אל עץ ספקטרוסקופיה ממנהל הרשת.
  3. הזן 'IDL "לתוך שורת הפקודה כדי להפעיל את ממשק שורת פקודה IDL.
  4. מ IDL, הזן '@ thaco.bat' להשיק THACO.
  5. זהה את מצב נעול לשמש כיול של הנתונים.
    1. פתח דפדפן אינטרנט ונווט אל יומן PSFC.
    2. לחץ על & #34; מנהג השאילתה "על מנת להעלות את דף החיפוש.
    3. בתיבת הטקסט שאילתה מותאמת אישית, הזן "SHOT כמו '%%% 1yymmdd' וטקסט '%% במצב נעול' LIKE", שבו YYMMDD השנה / חודש / יום יום ריצה, להעלות ערכי יומן המכיל נעל את הטקסט מצב.
    4. לקבוע את מספר ירה של מצב נעול מן האירועים, ושימו לב את זמני ההתחלה / סיום במצב נעול.
    5. שים לב שיש קו התחלה במצב נעול הוא לא הכרחי עבור כל האבחון, כמו אלה הקשורים יחסי קו כמו בקביעת הטמפרטורה אלקטרון 13, אבל מומלץ מאוד מאז זווית בראג עשויה להשתנות מיום ליום עקב הגבישי הרחבה / קבלנות 14 .
  6. בשנות ה GUI THACO, להיכנס למצב נעול ירה מספר לשדה הטקסט "(ACTIVE) SHOT", ולחצו אנטר.
  7. לחץ על הכפתור "הפעל W_HIREXSR_CALIB" והפעל את יישומון הכיול.
    1. בשנות ה חלוןלמעלה פופס, לוודא כי בשדה שכותרתו "SHOT" מכיל את מספר נורה במצב נעול, ושימו לב את המספר "מודול". הקש על ENTER לאחר כל השינויים מתבצעים בכל תחום.
    2. לחצו על כפתור "Load" בשליש העליון של החלון ולחכות להיות טעון נתונים.
    3. לחץ על "עומס" בשליש האמצעי של החלון ולחכות נתונים נוספים להיות טעון.
    4. אם נתונים הם טעון בהצלחה ואת האליפסות בכושר להיראות טובות, לחזור על שלב הכיול עם מספר שונה בתחום "מודול" (1-4), הבעיטה במצב הנעולה כבר מכוילת.
    5. אם כל המודולים (1-4) כבר מכויל, לדלג על שאר השלבים יישור כיול גלאי מאז הזריקה כבר מכויל, ולהמשיך ישירות לסעיף 6.
  8. בגין הולם ספקטרלי על ידי בחירת האפשרות המתאימה בפינה הימנית העליונה של החלון. רק H דמוי הוא דמוי Ar ו Ca ספקטרהמחדש נתמך מהקופסה כרגע.
    1. בחר את "T1 =" ו "T2 =" שדות את זמני התחלה / סיום במצב הנעול בהתאמה מוזכרת ביומן.
    2. להזיז את "להתאים LOW" ו "FIT HIGH" מחוונים עד לאזור של לנכון, כונה על ידי קווים מקווקווים לבנים על גבי הספקטרום של השמאלית העליונה, מכיל רק את האזור בו נמצאת הקווים ספקטרליים של עניין נפתרים בעליל.
    3. לחצו על כפתור ה "FIT / SAVE SPECTRA" ולחכות תהליך הולם לסיים.
    4. לאחר סיום התהליך ההולם נגמר, השתמש במחוון 'SPEC "או בחצים שמאלה / ימינה ולידו בשליש האמצעי של GUI לבדוק ויזואלית את כל התקפי רפאים.
    5. הסר כל רע או outlier מתאים על ידי סימון התיבה "הרעה" שליד המחוון "SPEC". פניית העבודות נמצאו שלב 1.3 להשוואה נגד ספקטרום ידוע. לדוגמה, ספקטרום Ca הוא דמוי ידמה איור 10.
  9. בגין אליפסה הולמת על ידי בחירת הקו הרצוי (w, x, y, z) מ בשליש התחתון של ה- GUI.
    1. לחצו על כפתור ה "אליפסות FIT" ולחכות אליפסות להיות בכושר כדי התקפי רפאים.
    2. הזז את "LOW", "גבוהים", ואת "OUTL" המחוונים עד האליפסה להתאים חזותית תואמת את הספקטרום. ההשמטות מתאימות עם MPFIT שיטת ריבועים שאינם ליניארי לפחות 15, אשר יכול להיות בררנית.
    3. לחץ על כפתור "שמור אליפסות" בסיום, ולאחר לחזור על התהליך עם הקו הרצוי הבא.
    4. כאשר כל הקווים היו בכושר, לשנות את "מודול" למודול שונה (1-4) כי לא מכויל עדיין ולחץ ינטרו, והמשך שוב משלב 5.7.1.
    5. כאשר כל המודולים כבר מכוילים, לחץ על הכפתור "צא" (לא ה- 'x') כדי לסגור את יישומון.
  10. לחצו על כפתור "הפעל W_HIREXSR_DET_ALIGN" כדי להפעיל את יישומון יישור גלאי.
    1. בשדה "SHOT", הזן את מספר הזריקה של מצב נעול ידוע אחרון אשר כבר מכויל ולחצו ינטרו. שימו לב בשדה "מודול".
    2. לחץ על כפתור "Load" ולחכות הנתונים לטעון.
    3. בפינה השמאלית התחתונה, לרשום את כל הערכים המחוון בלוח "המצב גלאי".
    4. בשדה "SHOT", הזן את מספר הזריקה של המצב הנעול מכויל ולחץ ינטר.
    5. לחץ על כפתור "Load" ולחכות הנתונים לטעון.
    6. הזן את הערכים על כתב קודם לכן אל לוח "מצב גלאי", ולחיצה על enter לאחר כל שינוי.
    7. שנה את הערכים בלוח "מצב גלאי", בין אם באמצעות המחוונים או על ידי שינוי הערכים באופן ידני הקופסות, עד שכל או רוב השאריות חוזרות לשכב בתוך הפס הירוק.
    8. שנה את השדה "מודול" למודול (1-4) כי לא כבר מיושר עדיין press להיכנס. ואז להמשיך משלב 5.10.1.
    9. כאשר כל המודולים כבר מיושרים, לחץ על הכפתור "צא" (לא ה- 'x') כדי לסגור את יישומון.
    10. הכיול נעשה עכשיו; המשך לסעיף 6 בירייה במצב הנעולה.

6. ניתוח מתקדם של HIREXSR נתונים באמצעות THACO

  1. השתמש בקוד ניתוח HIREXSR (THACO) כדי להפוך נתונים HIREXSR, המהווה 11 קו-משולב. יעץ פירוט עבור כל השלבים הללו ניתן למצוא באינטרנט שניתנו במדריך THACO פורסם על מרכז מדע Fusion MIT פלזמה (PSFC) הספרייה המקוונת. סעיף זה עוסק בתהליך ההיפוך בפועל כדי להציג את נתוני פרופיל.
  2. לקבוע את המספר ירה את הזריקה של עניין.
  3. מתוך GUI THACO, שנה את השדה "(ACTIVE) SHOT" למספר ירה, ולחצו אנטר. ה GUI תכיר שינוי הבלוג על הקרקעית.
  4. בחר את הקו ספקטרלי של עניין, שנה את השדה &# 34;. LINE "למספר הקו של ריבית עבור ארגון, זה יהיה בדרך כלל 2 עבור קו z הוא דמוי, ו -3 עבור קו lya1 H הדמוי.
    1. לחץ על "מספרי שורות LIST THACO" כדי להציג את כל מספרי הקו פנויים.
  5. לחץ על הכרטיסייה "binning" בחלק העליון של ה- GUI.
    1. לחץ על "בדוק זמין THT" לבדוק את עץ THACO הזמין (THT). החלק התחתון של ה- GUI צריך להיכנס כל עצי THACO הזמינים.
    2. שנה את השדה "עץ THACO חדש (THT) מספר" למספר הראשון לא מופיע בזמינות.
    3. לחץ על הכפתור "צור" כדי ליצור ניתוח THT חדש אז קודם אינו מוחלף.
    4. לחץ על "בדוק זמין THT" שוב כדי לרענן את הרשימה הזמין thts.
    5. שנה את השדה "THT" ליד השדה "(ACTIVE) SHOT" למספר THT החדש שנוצר, ולחצו אנטר. יומן GUI צריך להכיר את הפעולה הזו.
  6. אם tהוא ירה נוכחי אינו במצב נעול, לחץ על הכרטיסייה "CALIB" בחלק העליון של ה- GUI.
    1. שנה את "נתוני הכיול מצילום" למצב הנעול לשמש כדי לכייל את הנתונים.
    2. לחץ על כפתור "העתק" להעתיק את הכיול.
  7. לחץ על הכרטיסייה "binning" שוב.
    1. התייעץ במדריך THACO כדי לקבל הנחיות לביצוע binnings מותאם אישית.
    2. כדי להעתיק binning מניתוח קודם, הזן את הזריקה / THT לתוך בתחומם (ולחיצה על enter לאחר כל שינוי) בלוח עם הכפתור "העתק".
    3. העתק על binning: בחר "סניף" ולחץ על "העתק", ולאחר מכן בחר "ענף B" ולחץ על "העתק" שוב.
  8. לחץ על הכרטיסייה "פרופילים" בחלק העליון של ה- GUI.
    1. התייעץ במדריך THACO לקבלת הוראות על אופן השימוש בתכונות המתקדמות כיום בסעיף זה.
    2. אחרת, הזן את הזריקה / THT הלוך ושובma בניתוח קודם לתוך בתחומם (ולחיצה על enter לאחר כל שינוי) בחלונית העליונה.
    3. לחצו על כפתור "Load RHO", לאחר לחיצה על הלחצן "LOAD GOOD".
  9. לחץ על כפתור "Run THACO", ו THACO יתחיל תהליך ההיפוך. פעולה זו עשויה להימשך כמה דקות.
  10. שים לב THACO הוא למעשה עובר שורה של צעדים עצמאיים במהלך תהליך זה: מפעיל בכושר רב-גאוס על הספקטרום לחשב רגעים של קווים שונים, תוך שימוש באותם רגעים כדי לחשב את נתוני פרופיל קו משולב, ואז היפוך הנתונים משולב אונליין באמצעות שיטת מינימום ריבועים. פלטי ביניים מן הפעולות הבאות, שימושי לפתרון בעיות, ניתן למצוא את הרגעים ופרופילים יישומונים. מתעניין משתמשים מעודדים להסתכל דרך במדריך THACO לקבלת מידע נוסף על פעולות אלה וכיצד להשתמש אלה יישומונים לשליטה מדויקת יותר על תהליך היפוך.
  11. לאחר פיני תהליך ההיפוךshes, מן "LAUNCH_W_HIREXSR_PROFILES" "פרופילים" לחץ על הכרטיסייה כדי חזותית לבדוק את הפרופילים.
    1. לחץ על כפתור "Load" בחלונית "עץ I / O" בתחתית ולחכות הנתונים לטעון.
    2. אם התהליך האוטומטי נכשל, למצוא "DO תנוחות הפוכים FOR" ולחץ על "הכל" כדי לעשות שוב במהירות את כל התנוחות ההפוכות.
    3. ידני לבדוק את הפרופילים ההפוכים מימין באמצעות המחוון "TIME" בתחתית לשנות מסגרות.
    4. אם ישנם פרופילים הפוכים המופיעים כשגויה (למשל, טמפרטורות שליליות, הדרגתי unphysical לכיוון הקצה, וכו '), השתמשו - / + הכפתורים ליד "CH #" כדי לבחור ערוצי outlier מהשמאל, ובטלו את "טובה" אפשרות להסיר אותם משלב ההיפוך.
      1. שים לב הפליטה נוטה להיות חלש יותר לכיוון הקצה כך הוודאות גבוהה; עם זאת, הטמפרטורה ההפוכה עדיין צריכה ללכת לבית z קטן (לא בהכרח)ערך ero בקצה.
    5. מצא "DO תנוחות הפוכים FOR" ולחץ על "שוטף" כדי להפוך את פרופיל המסגרת הנוכחית. חזור חריגי הסרה עד הפרופיל ההפוך נראה בסדר גמור.
    6. לחץ על "שמור" אחרי הנתונים נראים משביעי רצון.
    7. השתמש יישומון פרופילים לבדוק את הנתונים.
  12. אם תרצה, לחץ על "התחל W_HIREXSR_COMPARE" בלשונית "השוואה" כדי להשוות פרופילים בנויים קווים ספקטרליים שונים. תרחיש נפוץ שבו שיטה זו היא כאשר טמפרטורת פלזמת הליבה מתחממת מספיק פליטת ארגון דמוי H כדי לעקוף את הפליטה הוא דמוית.
  13. שים לב שנתונים ניתן גם לגשת באופן תוכניתי דרך APIs MDSplus שונים לשפות שונות. עיינו במדריך למשתמש THACO עבור שבילי רלוונטי.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

מדגם נתונים נציג ממגלה פיקסל עבור סל חד פעמי עבור ספקטרום ארגון דמוי הוא מוצג באיור 17. קווים ספקטרליים, והתכופף לצורת צורה אליפטית ידי קריסטל כדורי, גלויים לעין. הגלאי העליון יש פאנל גלאי שבור, ויש כמה פיקסלים מתים פזורים על פני כל גלאי. נתונים מלוחים גלאי השבור יש להתעלם. פרוסות ממגלה מראה את ספקטרום מדודת תוצאות ההולמות הרפאים נעשה על ידי THACO על אקורד בודד מוצגות באיור 18 איור 19. נתוני פרופיל...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

הנתונים שנוצרו על ידי טכניקה זו ניתן להשתמש במגוון רחב של מחקרים ניסיוניים. טמפרטורת יון ופרופילים מהירים טבעתיים ניתן להשתמש במגוון רחב של מחקרי תחבורה, כוללים סיבוב פלזמה עצמי פנימי ואפקטי perturbative שאינם מקומיים. מדידת ספקטרום של זיהומים מוזרקים דרך מכה פעמית ליזר יכולה גם לספק מידע חשוב על ההובלה של זיהומים בפלזמה, כפי שנעשתה הווארד et al. 2011 10. בשלב זה, לא פלזמה אחרת אבחון יכול לספק זמן נפתרו מרחבית נתוני פרופיל יון מן פלזמת ליבת 1, מה שהו...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

המחברים רוצים להודות למאט ריינקה ולצוות Alcator C-Mod על התכנון, הבנייה והבדיקה של HIREXSR. עבודה זו נתמכה על ידי חוזה DOE מס' DE-FC02-99ER54512 ו-DE-AC02-76CH03073.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מערכת גלאי PILATUS 100kDECTRIS100kהוחלף על ידי גלאי PILATUS3 חדשים יותר
Bragg Crystalsמכון קורצ'אובחלק
CaF2 שקופיותLeBowחלק מותאם אישית
ארגז אוויר ARHP300כל ארגון בטוהר גבוה צריך לעבוד
חלוןמברשת וולמן מוצרי אלקטרופוזיה / תנועה הייטקמותאם אישית
מותאם אישית ארגון להיות חלק

מקורות

  1. Reinke, M. L., et al. X-ray imaging crystal spectroscopy for use in plasma transport research. Rev. Sci. Instrum. 83 (11), 113504(2012).
  2. Hill, K. W., et al. Development of a High Resolution X-Ray Imaging Crystal Spectrometer for Measurement of Ion-Temperature and Rotation-Velocity Profiles in Fusion Energy Research Plasmas. Plasma Fusion Res. 2, August 2015 1067-1067 (2007).
  3. Greenwald, M., et al. 20 years of research on the Alcator C-Mod tokamak. Phys. Plasmas. 21 (11), 110501(2014).
  4. Rice, J. E., et al. X-ray observations of medium Z H- and He-like ions with satellites from C-Mod tokamak plasmas. J. Phys. B. 48 (14), 144013(2015).
  5. Ince-Cushman, A. Rotation studies in fusion plasmas via imaging X-ray crystal spectroscopy. Rev. Sci. Instrum. 79, (2008).
  6. Zachariasen, W. H. Theory of X-Ray Diffraction in Crystals. , Courier Corporation. (2004).
  7. Johann, H. H. Die Erzeugung lichtstarker Röntgenspektren mit Hilfe von Konkavkristallen. Zeitschrift für Physik. 69 (3-4), 185-206 (1931).
  8. Wang, E., et al. Calculation of the Johann error for spherically bent x-ray imaging crystal spectrometers. Rev. Sci. Instrum. 81 (10), (2010).
  9. Eikenberry, E., et al. PILATUS: a two-dimensional X-ray detector for macromolecular crystallography. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A. 501 (1), 260-266 (2003).
  10. Howard, N. T., Greenwald, M., Rice, J. E. Characterization of impurity confinement on Alcator C-Mod using a multi-pulse laser blow-off system. Rev. Sci. Instrum. 82 (3), 1-6 (2011).
  11. Rice, J. E., et al. Non-local heat transport, rotation reversals and up/down impurity density asymmetries in Alcator C-Mod ohmic L-mode plasmas. Nucl. Fusion. 53, 033004(2013).
  12. Reinke, M. L., Podpaly, Y., Gao, C., Science, P. Operation and Validation of The HIREXSR Analysis COde MIT-Plasma Science and Fusion Center Alcator C-Mod. , (2013).
  13. Rosen, A. S., Reinke, M. L., Rice, J. E., Hubbard, A. E., Hughes, J. W. Validation of x-ray line ratios for electron temperature determination in tokamak plasmas. J. Phys. B. 47 (10), 105701(2014).
  14. Delgado-Aparicio, L. F., et al. In-situ wavelength calibration and temperature control for the C-Mod high-resolution X-ray crystal imaging spectrometer. Bull. Am. Phys. Soc. 55, (2010).
  15. Markwardt, C. B. Non-linear Least Squares Fitting in IDL with MPFIT. , Available from: http://arxiv.org/abs/0902.2850 (2009).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

HIREXSRBlow off

מאמרים קשורים