Summary
X 선 스펙트럼은 고온 플라즈마에 풍부한 정보를 제공합니다. 이 원고는 공간적으로 토카막 플라즈마 중간 원자 번호 원소의 수소와 헬륨 등의 이온을 확인하는 데 사용되는 X 선 분광계 이미징 높은 파장 해상도의 동작을 제공합니다.
Abstract
X 선 스펙트럼은 고온 플라즈마에 대한 풍부한 정보를 제공한다; 예를 들면 전자 온도 및 밀도 선 강도 비로부터 추론 될 수있다. 플라즈마를 보는 요한 분광기를 사용함으로써, 이러한 양호한 시간 및 공간 해상도의 밀도, 온도 및 속도와 같은 플라즈마 파라미터 정보를 구성 할 수있다. 그러나, 잘 진단 실험실 플라즈마로부터 얻어지는 X 선 스펙트럼의 원자 번호 모델링 벤치마킹 다른 독립적 인 진단을 이용할 수없는 경우에, 플라즈마 파라미터를 결정하기 위해 이러한 스펙트럼의 사용을 정당화하는 것이 중요하다. 이 원고는 공간 해상도와 고해상도 X 선 크리스탈 영상 분광계 (HIREXSR), 공간적으로 토카막 중간 원자 번호 원소의 수소와 헬륨 등의 이온을 확인하는 데 사용되는 X 선 분광계 이미징 높은 파장 해상도의 동작을 제공합니다 혈장. 또한,이 원고는 이온을 도입 할 수있는 레이저 분출 시스템을 포함정확한 타이밍으로 플라즈마에 플라즈마 수송의 섭동 연구를 허용합니다.
Introduction
X 선 스펙트럼은 고온 플라즈마에 대한 풍부한 정보를 제공한다; 예를 들면 전자 온도 및 밀도 선 강도 비로부터 추론 될 수있다. 축외 플라즈마를 보는 요한 분광기를 사용함으로써, 이러한 우수한 공간 및 시간 해상도를 가진 1,2- 플라즈마 내부의 밀도, 온도 및 속도와 같은 플라즈마 파라미터 정보를 구성 할 수있다. 이 원고는 공간 해상도와 고해상도 X 선 크리스탈 영상 분광계 (HIREXSR), 공간적으로 토카막 중간 원자 번호 원소의 수소와 헬륨 등의 이온을 확인하는 데 사용되는 X 선 분광계 이미징 높은 파장 해상도의 동작을 제공합니다 혈장.
HIREXSR는 Alcator C-모, 각각 0.67 m와 0.22 m의 크고 작은 반경 토카막 핵융합 장치에 배포됩니다. 그것은 일반적으로 중수소 플라즈마 20 10 × 0.2-8.0 사이 m 평균 밀도 ~ 2 초 지속으로 동작 -3 3 사이의 P> 중앙 전자 온도. 이러한 조건 하에서, 높은 Z 불순물 원소 중간 고도로 이온화 상태가되어 대책 HIREXSR X 선 영역에서 방출. 잘 진단 실험실 플라즈마로부터 얻어지는 X 선 스펙트럼의 원자 번호 모델링 벤치마킹 다른 독립적 진단 (4)을 이용할 수없는 경우에, 플라즈마 파라미터를 결정하기 위해 이러한 스펙트럼의 사용을 정당화하는 것이 중요하다.
모든 분석기는 원하는 사용하기 위해 만들어졌습니다. 따라서, 시스템 및 관련 개념에 대한 일반적인 설명이 충분히 강력한 도구 (5)를 이해하는 것이 필요하다. 광자 결정의 인접 층에서 반사 및 파장의 배수 인 거리를 이동할 때, 브래그 반사가 발생한다. (1)는 이러한 현상을 보여주고있다. 이 조건은 n은 다시의 순서입니다 방정식 nλ = 2 일의 죄 θ의 (B)에 의해 표현된다변곡점은, λ는 광자의 파장이고, d는 액정과 θ (B)의 인접한 층 사이의 간격은 브래그 (Bragg) 각도이다. λ와 θ B 사이의 일대일 대응에 대한 하나를 나타냅니다 같은 파장 검출기 비행기 여행의 특정 시점에서 모든 광자가. 그러나 실제로, 브래그 각도 편차 매니페스트 흡수 정밀도 한계. 이것은 로킹 커브 (6)에 의해 나타내어 현저한 보강 간섭을 생성 각도의 작은 범위를 초래한다. (2)은 방해석 결정하기위한 예시도 곡선이다.
HIREXSR는 구형 구부러진 결정 (7)와 요한 분석기입니다. 디바이스의이 종류를 설명하기 전에, 단순한 원형 분석 장치의 설명이 적합하다. 이 셋업은 해당 브래그가 각도에서 들어오는 광자를 반영하는 구부러진 크리스탈로 구성단일 X 선 광자 계산 픽셀 감지기 배열을 구. 도 3에 표시된 바와 같이 결정하고, 검출기는, 롤 런드 원의 접선에 누워. 롤 런드 원의 직경이 결정의 곡률 반경과 동일하다. 결정상의 임의의 지점의 둘레에 소정의 지점에서 모든 광선 결정 자체에 대해 동일한 입사각을 갖는다.
.도 4에 도시 HIREXSR, 자오면에서 구형 만곡 결정 허용 공간 해상도의 경우에, 자오선 초점 F의 m은 다음과 같이 정의된다 : R (C)가 곡률 반경은 F m = R C의 죄 θ B를 결정. - f를 m / COS 2 θ의 B F의의 = 시상 초점 f를들로 정의된다. 분광계 Δ x의 공간 해상도가 주어집니다으로: 
L 개의 CP가 결정 플라즈마 간의 거리이고, D는 결정의 높이이다. 결정 층의 2 차원 공간이 분리되기 때문에 재료를 선택할 때,이 고려되어야한다. 검출기 표면이 평탄하기 때문에, 그들은 단지 검출 된 광선은 롤 런드 원의 해당 지점에 정확하게 착륙하지 않기 때문에, 결과적으로 오차를 초래 한 점에서 롤 런드 원에 접하는 수있다. 물리적으로,이 어긋남이 상기 검출기에 대한 특정 에너지의 광자 "번짐"로 나타난다. 이 요한 오류는 다음과 같이 정의된다 
L은 결정의 폭이다. 검출기 픽셀 폭 ΔX P가 요한 오차보다 큰 경우, 상기 스펙트럼 해상도는 독립적이다. 그들은 경우유사한 크기의 재 후 총 에러로 근사화 될 수있다 
. 결정 분광기의 분해능이 주어진다 : 
여기서 
. 도 5에 도시 된 바와 같이, 대신 HIREXSR 그러나 롤 런드 원에 지점 검출기 접선 배치의 검출기는, 스펙트럼 범위의 정확도를 희생 약간 경사져.이 에러 분석은 실험적으로 확인되었으므로 기대 (8)에 따른다.
요한 분석기를 설계 할 때 고려해야 할 두 가지 중요한 매개 변수가 있습니다. 우선, 촬상 범위는 분광계 관찰 될지를 결정한다. 플라즈마 연구를 들면, 폴로 이달 및 toroi 의한 광고 변화를 구별하기 위해 그것의 전체 단면을 확인하는 것이 매우 바람직하다DAL 회전. HIREXSR는 전체 플라즈마를 볼 수 있도록 장착되고, 도넛 정확한 측정을 허용하도록 (도 6에 도시) ~8 °로 떨어져 축이 약간 경사. 둘째, 시간 해상도는 분광계가 기록 할 수있는 이벤트 사이의 최소 시간을 조절한다. Alcator C-모 들어, 바람직한 값은 에너지와 입자 제한 시간보다 짧은 20 이하 밀리가 있습니다. HIREXSR 용도가 20 밀리 초 이상으로 6 시간 해상도를 지원할 수있는 X 선 계산 픽셀 감지기 (9). 표 1은 모듈 사양 모두를 요약 한 것이다.
섭동 플라즈마 연구의 경우, Alcator C-모에 레이저 블로우 - 오프 시스템은 정확한 타이밍 (10) 여러 절제를 제공하는 데 사용됩니다. 레이저는 노스 다코타입니다 : 최대 10 Hz에서 운영 YAG (네오디뮴 도핑 된 이트륨 알루미늄 석류석). 초점도 7을 조향에 도시 된 바와 같이 레이저가 원격 제어 광 트레인에 입사이고상기 슬라이드상의 원하는 위치로 빔. 레이저 스폿 크기는 주입 플라즈마를 방해하지 않도록 제어 할 필요가있다. 긴 초점 길이 (1,146mm) 집광 렌즈 절제된 스폿 사이즈 ~ 0.5 내지 7 mm로 변화 할 수 있도록 원격 제어 선형 단계를 통해 광축을 따라 변환된다. 빠른 빔 스티어링은 2D 압전 거울을 통해 달성된다. 이 압전 시스템가 RS232 구동 미러에 장착되어있는 마운트합니다. 가진 Nd 외에 : YAG 레이저, 633 nm의 다이오드 레이저 주 (적외선) 빔의 위치를 표시하기 위해 사용된다. 빔은 제 1 미러를 통해 동일 선상되도록 만들어진다.
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Protocol
1. 적절한 스펙트럼 선을 선택
- . 획득 된 데이터의 품질을 결정 적절한 배출 라인을 선택 희가스 방출 선이 전자 온도에 대한 상이한 값에 관련 될 것이다 8은도.
- 이온화 상태 및 라인 비율이 이온화, 충돌 들뜸, 복사 재조합 유전 재조합의 경쟁에 의해 결정되어 있습니다. 이러한 프로세스는 플라즈마의 온도 및 밀도에 따라 달라질 수있다. 이 변화의 예를 들어 그림 9를 참조하십시오.
- 파장과 관심의 배출 라인의 상대적인 강도에 대한 다른 출판물을 참조하십시오. 이 프로토콜에서, 쌀, JE 외. (2015) 4 특징으로하는 매체 Z 그는 같은 이온을 사용합니다. 예를 들어 스펙트럼 그림 10을 참조하십시오.
- 그들은 공동으로, 주요 시리즈 외부 라인에서 위성을 연구하는 것이 중요합니다측정되고있는 라인과 해결되지 않은 수 ULD. 일부 고유의 불순물 (등 철, 몰리브덴, 티타늄은) 항상 토카막 플라즈마 - 외장 구조 및 구성 요소에서 존재한다. 예를 들어, 그림 11은 후자는 몰리브덴 라인과 중첩 때문에 아르곤 리의 α1은 리의 α2 라인보다 더 나은 선택을 제안한다.
- 온도의 플라즈마를 들어 약 0.5-3 keV의 범위, 아르곤에 대해 다음 그는 같은 라인 (모든 n은 = 2 전환) 캡처 : 공진 (초 2 1 S 0, w - 1s2p 1 P 1) 금지 (Z, 1 초, 2 1 S 0 - 1s2p 3 S 1) intercombination (X, 1 초 2 1 S 0 - 1s2p 3 P 2와 y, 초 2 1 S 0 - 1s2p 3 P 1). 아르곤 N = 2 전이를 들면, H 형 스펙트럼은 3.72 Å <λ <3.80 Å 및 그 형상 spectr 사이에 놓여음은 3.94 Å <λ <4.00 Å 사이에 자리 잡고 있습니다. 이러한 스펙트럼의 그래프는 그림 11과 그림 12을 참조하십시오.
2. HIREXSR 하드웨어 장착
- 설치 및 HIREXSR 1,2,5 구축에 대한 자세한 내용 및 세부 사항에 대한 관련 출판물을 참조하십시오. 이 섹션에서는 그 과정에서 가장 중요하고 중요한 단계에 초점을 맞출 것이다.
- 8 ° 오프 대각선보기 수 있도록 각도 Alcator C-모의 레이스 트랙 모양의 포트 중 하나에 마운트 HIREXSR.
- 상기 H-같은 스펙트럼을 볼 수 4.56215 Å의 2 차원 간격, 50 mm 직경, 곡률의 1,385mm 반경 원형 (102) 석영 크리스탈을 얻습니다.
- (102)는 4.56215 Å 2D 간격으로 석영 직사각형을 구하는 64 mm의 폭과 27mm의 높이가 그와 같은 스펙트럼을 볼 수 있습니다.
- 삽입 통해 분광계의 하우징에 접속하여 HIREXSR의 하우징 내에 모두 결정 마운트옆에있는 해치. 자신의 레이아웃 그림 13을 참조하십시오.
- 동일한 해치를 통해 하나 H 형 스펙트럼 검출기 및 그와 같은 스펙트럼 다른 세 비축 분광계 본체 지정된 가동 마운트에있는 4 개의 볼트 검출기. 이러한 배열은도 14에 도시되어있다.
- 검출기의 것과 결정의 중심으로부터 선이 결정 중심 θ의 롤 런드 원의 중심으로부터 선 B / 2의 θ 각도하게되도록 125cm 떨어진 크리스탈에서 마운트를 놓고 B는 스펙트럼의 중심의 브래그 각도가 측정되고있다. 그림 5를 참조하십시오.
- 아르곤 것을 참고 H 형 결정 θ B = 60.5 °에서 결정 결과를 이용 θ B = 55.5 °, 및 그와 같은 결과를 사용 하였다.
- 각도 검출기 맞게수정 된 구성은도 5에 도시.
- 수집 된 데이터는 실험 실행 중에 알려진 소스에 대해 보정되는 바와 같이, 검출기의 정확한 정렬이 중요하지 않다는 점에 유의.
- 0.001 "두께 4"직경의 베릴륨 창을 설치하여 토카막 진공에서 분리 HIREXSR의 헬륨 분위기. 레이아웃 그림 13을 참조하십시오.
- 베릴륨 윈도우의 장애로부터 보호하기 위해 창 및 반응기 사이에 10 "게이트 밸브를 설치합니다.
- 로컬 압력은 분광계 및 토카막 모두에 손상을 방지하기 위해 10 mTorr의 이상 상승하면, 게이트 밸브를 닫도록 참고.
- 검출기 및 결정의 상대 거리와 함께, HIREXSR 및 Alcator C-모의 각각 6 그림과 하향식 및 측면보기 위해 그림 15를 참고하여, 분광계와 토카막 사이.
- 레이저 블로우 - 오프 장치 (10)의 구성에 대한 자세한 내용 및 세부 사항에 대한 관련 출판물을 참조하십시오.
- 칼슘을 주입, 크롬 100 Å (재료의 레이저 흡수에 도움)와 2 μm의 CaF2를 슬라이드를 타고 레이저 블로우 - 오프 시스템에서 슬라이드를 배치합니다. 이것은 C-모 반응기에 액세스해야하는 등의 작업이 하루를 시작하기 전에,이 작업을 수행.
- 슬라이드를 시계 흑백 CCD 카메라를 볼 수 Alcator C-모의 폐쇄 회로 케이블 TV 시스템에서 14 채널로 변경합니다. 633 nm의 다이오드 레이저 스폿 슬라이드에 표시해야한다.
4. 플라즈마 실험 실행하기
- 실행 일의 시작 부분에서, 수집하고 각 실험 실행에 대한 X 선 계산 픽셀 감지기에서 데이터를 저장하거나, "샷"할 스크립트를 시작합니다. 이 PLAC에서 특정 검출기 설정에 따라 달라집니다이자형. HIREXSR 특정 단계는 여기에 표시됩니다.
- 은 C-모 컨트롤 룸에서 워크 스테이션에서 명령 행 터미널을 가져온다.
- 원격 xx는 07-10의 범위 곳 "는 ssh -X DET의 @의 dec0xx"를 입력하여 검출기에 연결합니다.
- "CD를 p2_1mod"를 입력하여 디렉토리를 변경
- 명령 "runtvx"를 실행합니다. 이 텍스트 눈사태하는 창이 나타납니다.
- 텍스트가 중지되면, Enter 키를 눌러 두 번 입력합니다. 시작 스크립트는 50 Hz에서 임계 에너지 ~ 2 keV의에로 프레임 속도를 설정합니다. 텍스트의 또 다른 사태가 일어날 것이며, 검출기는 교정을 시작합니다.
- 이 모든 것이 끝날 때까지 기다린 창에 "exit"를 입력합니다.
- 각 검출기 07-10 반복합니다.
- 하루 종일 연속적으로 작동되는 동안 하우징 내로 가스를 펌핑하여 약간 주변 온도 이상 HIREXSR에서 헬륨 분위기를 유지한다. 이 대기 X 선 차렷을 감소uation 및 결정의 열팽창.
- 플라즈마가 곧 촬영 중 원하는 플라즈마 매개 변수에 도달하기 위해 현장 엔지니어링 직원들과 공동 작업을 수행 할 수 있습니다. 매개 변수가 샷에 샷에서 변경하는 경우, 모든 샷의 엔지니어링 직원이 의사 소통.
- 또한, 언젠가 실행 하루 동안, 그 날 촬영 한 데이터의 보정을위한 엔지니어링 직원으로부터 "잠긴 모드"총을 요청합니다. 라인케 등의 알을 참조하십시오. 2012 1 잠금 모드의 설명과 그들이 어떻게 교정에 사용을 위해.
- 섭동 전송 연구의 경우 : 각 샷, 프로그램 레이저 블로우 - 오프 시스템 전에 원하는 시간에 플라즈마에 비 재활용 불순물의 원하는 농도 (CaF2를, 사우스 캐롤라이나 등)을 주입한다.
- 슬라이드로부터 절제 재료의 양을 제어하는 레이저 스폿 크기를 결정한다. 절제된 동료의 약 10 % Alcator C-모,의 운영 경험에서리알 저전력 동작 (10) 동안 상기 플라즈마에 코어를 만든다. 일반적인 스폿 크기는 0.5 ~ 3.5 mm의 범위.
- 마음에 최대 10 Hz의 운전 속도를 유지, 원하는 분출 타이밍을 결정합니다.
- 레이저 분출 시스템 제어 GUI에 원하는 장소의 크기와 타이밍을 입력합니다. 예를 들어, 쌀 등. 2013 (11)에 의해 전송 연구는 3.5 mm 0.5에서 자리 크기를 변경하고 주사마다 300 밀리 초를했다.
- 모든 연구의 경우 : 플라즈마가 시작된 후 플라즈마 0.3 초에 퍼프 아르곤의 가스 밸브를 설정합니다. 퍼프는 약 0.1 초 지속될 약 10-4 배의 전자 밀도에 아르곤 농도를 발생한다.
- 이러한 C-모 등 MDSplus를 사용하여 시스템의 실행 하루 동안 라이브 진단 데이터를 볼 수 dwscope를 사용합니다.
- 응용 프로그램 메뉴에서 상기 토카막 제어 룸에서 워크 스테이션, 오픈 dwscope에서
- anoth에서 표시 관련 진단 하나 이상의 범위 파일을 구합니다어 사용자는, 또는 (고급)을 MDSplus 트리 명령 언어를 사용하여 사용자 정의을 만들.
- 그것을로드하는 범위 파일을 선택 | 클릭 "...에서 사용 저장된 설정을 사용자 정의". 유용한 예를 들어, 범위는 plasma_n_rot_z.dat, 그림 16에서 dwscope의 GUI로 표시됩니다.
- 빈 맨 아래 줄에 텍스트 상자를두고 데이터는 가장 최근 촬영에서로드됩니다.
- 원하는 경우, 총 번호를 입력하고 특정 샷에서 데이터를로드 "적용"을 클릭합니다.
- 곧 촬영을위한 모든 준비가 완료 엔지니어링 사업자에 통보하고 플라즈마를 점화하는 진행할 수있다.
- 플라즈마를 개시하는 사업자 기다린 그것을 끝. Alcator C-모에서 개시 프로세스는 약 3 분 동안 지속되며, 상기 플라즈마 미만 10 초 동안 지속된다.
- 레이저 분출 시스템을 사용하는 경우, 시각 (3 절 참조) 슬라이드의 카메라 뷰를 통해 슬라이드 절제를 확인합니다.
- 설정 실험을 변경하고 원하는 경우가, 이후에 적용 할 수 있도록 통신 사업자에게 통신을이 시간을 사용합니다.
- 하드웨어에 대한 변경이 요구되는 경우, 연구자들이 토카막을 열고 사람들이 Alcator C-모의 주위를 입력 할 수 있도록 다른 안전 기능을 분리 할 동안 운영자에 "셀 액세스"를 요청해야합니다. 그렇지 않으면, 무제한 액세스는 이전과 실행 일 이후에 사용할 수 있습니다. 원자로 근처에서 작업 할 때는있는 hardhats 항상 착용해야합니다.
- 실행 일이 체결 한 후 원하는 플라즈마 진단을 검토하기 전에 dwscope 사용합니다.
- 데이터는 프로그래밍 다른 언어에 대한 다양한 MDSplus API를 통해 액세스 할 수 있습니다.
5. 교정HIREXSR 잠금 모드 데이터 THACO 사용
- 선 통합 12 인 HIREXSR 데이터를 반전 할 수있는 HIREXSR 분석 코드 (THACO)를 사용합니다. 이 단계의 모든 참조 및 자세한 분석은 MIT 플라즈마 과학 융합 센터 (PSFC) 온라인 라이브러리에 게시되지 않은 THACO 설명서에서 온라인으로 볼 수 있습니다. 이 섹션은 보정 과정 다음에 처음 설치 및 THACO의 출시를 다룹니다.
- THACO가 PSFC 네트워크에 연결된 컴퓨터에 처음 사용 THACO을 설정하기위한 Alcator C-모 위키 페이지의 지시 사항을 따르십시오. 또한 네트워크 관리자로부터 분광학 트리에 대한 쓰기 액세스를 요청해야 할 수 있습니다.
- IDL의 명령 줄 인터페이스를 시작에서 명령 라인에 'IDL'을 입력합니다.
- IDL에서 THACO를 시작합니다 'thaco.bat @'을 입력합니다.
- 데이터의 교정에 사용되는 로크 모드를 식별한다.
- 웹 브라우저를 열고 PSFC 일지로 이동합니다.
- & #을 클릭(34) 사용자 정의 쿼리 "버튼은 검색 페이지를 불러옵니다.
- 사용자 지정 쿼리 텍스트 상자에서 텍스트가 포함 된 로그 항목 잠긴을 가지고 YYMMDD는 실행 일의 년 / 월 / 일이며, " '1yymmdd %%%'와 TEXT LIKE '% 고정 모드 %'LIKE SHOT"를 입력 방법.
- 로그 항목에서 잠금 모드의 총 수를 결정하고, 잠금 모드 시작 / 종료 시간을 기록해 둡니다.
- 로크 모드 기준선을 갖는 전자 온도 (13)를 결정하는 것처럼 광고 비율을 포함하는 것과 같이, 모든 진단 반드시 필요한 것은 아니지만, 브래그 각도 확장 의한 결정 격자에 날마다 이동할 수 있기 때문에 매우 14 계약 / 권장합니다 .
- THACO GUI에서 텍스트 필드 "(ACTIVE) SHOT"에 수를 총 잠금 모드를 입력하고 Enter 키를 누릅니다.
- 버튼 "시작 W_HIREXSR_CALIB"를 누르고 교정 위젯을 실행합니다.
- 창에서 제"SHOT"로 표시된 필드가 잠금 모드 총 수를 포함 팝업에서 확인하고 "모듈"의 번호를 기록해 둡니다. 변경 사항이 모든 필드에 대한 후 Enter 키를 누릅니다.
- 창 상단 세 번째에있는 "LOAD"버튼을 클릭하여 데이터를로드 할 때까지 기다립니다.
- 윈도우의 중간 1/3 "LOAD"를 클릭하여 더 많은 데이터가로드 될 때까지 기다립니다.
- 데이터가 성공적으로로드하고 맞는 타원 잘 보면 잠금 모드 샷이 이미 교정 한 바와 같이, 상기 "MODULE"필드 (1-4)에서 다른 번호로 교정 단계를 반복합니다.
- 모든 모듈 (1-4)을 이미 조정 한 경우, 촬영이 이미 조정되어 있기 때문에 교정 및 검출기 배열의 나머지 단계를 건너 뛰고 6 절에 직접 진행합니다.
- 창의 오른쪽 위 모서리에서 적절한 옵션을 선택하여 스펙트럼 피팅을 시작합니다. 만 H-같은 및 아르곤 그는 같은과 칼슘은 스펙트럼들현재 상자 밖으로 지원을 다시.
- 은 "T1 ="와 로그 북에 나와있는 각각 잠금 모드 시작 / 종료 시간에 "T2 ="필드를 설정합니다.
- (가) 왼쪽 상단 관심의 스펙트럼 선이 눈에 띄게 해결 영역 만 포함되어있는 스펙트럼에 중첩 점선 흰색 선으로 표시, 크기의 영역까지 슬라이더를 "HIGH에 맞게"를 "LOW FIT"와 이동합니다.
- 은 "FIT / SAVE SPECTRA"버튼을 클릭하고 피팅 프로세스가 완료 될 때까지 기다립니다.
- 피팅 프로세스가 완료되면 시각적 스펙트럼 맞는 모든 검사를 위해 GUI의 중간에 제 옆의 "SPEC"슬라이더 또는 왼쪽 / 오른쪽 화살표를 이용했다.
- 불량을 제거하거나 특이점은 "SPEC"슬라이더 옆에있는 "BAD"확인란을 선택하여 적합합니다. 알려진 스펙트럼에 대한 비교를 위해 단계 1.3에서 볼 수있는 작품을 참조. 예를 들어, 그는 같은 칼슘 스펙트럼은 그림 10과 유사합니다.
- GUI의 하단 세번째에서 원하는 라인 (w, x, y, z)를 선택함으로써 시작 타원 피팅.
- 은 "FIT 타원"버튼을 클릭하고 타원은 스펙트럼 맞는에 적합 할 때까지 기다립니다.
- 타원 시각적 맞는 스펙트럼과 일치 할 때까지, "LOW", "HIGH"및 "OUTL"슬라이더를 이동합니다. 타원은 까다로운 일 수있는 비 - 선형 최소 제곱 법의 MPFIT (15)와 적합하다.
- 할 때 "SAVE 타원"버튼을 클릭 한 다음 원하는 선이 과정을 반복합니다.
- 모든 라인에 맞게되었을 때, 입력 아직 조정 키를 누릅니다되지 않은 다른 모듈 (1-4)에 "MODULE"로 변경하고, 단계 5.7.1부터 다시 진행합니다.
- 모든 모듈이 교정되었을 때, 위젯을 닫습니다 "QUIT"버튼 (안 'X')를 클릭합니다.
- 검출기 정렬 위젯을 실행 버튼 "시작 W_HIREXSR_DET_ALIGN"를 누르십시오. <올>
- 은 "SHOT"필드에서 이미 보정하고 키를 눌러 입력 된 최근 알려진 잠금 모드의 총 번호를 입력합니다. 은 "MODULE"필드에주의하십시오.
- "로드"버튼을 클릭하여 데이터를로드 할 때까지 기다립니다.
- 왼쪽 아래 모서리에서 "감지기의 위치"패널에서 모든 슬라이더 값을 적어 둡니다.
- 은 "SHOT"필드에서 잠금 모드의 총 수는 교정되고 입력하고 Enter 키를 누릅니다.
- "로드"버튼을 클릭하여 데이터를로드 할 때까지 기다립니다.
- 값이 각각 변경 후 Enter 키를 눌러 아래로 이전 "감지기의 위치"패널에 기록 입력합니다.
- 원형 잔차의 전부 또는 대부분이 녹색 막대 내에있는 때까지 슬라이더를 통해 또는 수동으로 텍스트 상자에 값을 변경하여 하나의 "감지기의 위치"패널에서 값을 변경합니다.
- 아직 정렬되지 않은 모듈 (1-4) 및 P에 "MODULE"필드를 변경합니다RESS을 입력합니다. 다음 단계 5.10.1에서 진행합니다.
- 모든 모듈이 정렬되었을 때, 위젯을 닫습니다 "QUIT"버튼 (안 'X')를 클릭합니다.
- 보정은 이제 완료; 잠금 모드 총 6 장으로 진행합니다.
THACO를 사용하여 HIREXSR 데이터 6. 고급 분석
- 선 통합 11 인 HIREXSR 데이터를 반전 할 수있는 HIREXSR 분석 코드 (THACO)를 사용합니다. 이 단계의 모든 참조 및 자세한 분석은 MIT 플라즈마 과학 융합 센터 (PSFC) 온라인 라이브러리에 게시되지 않은 THACO 설명서에서 온라인으로 볼 수 있습니다. 이 섹션에서는 프로필 데이터를 볼 수있는 실제 반전 과정을 설명합니다.
- 관심있는 샷의 샷 번호를 확인합니다.
- THACO GUI에서 촬영 번호 필드 "(ACTIVE) SHOT"로 설정하고 Enter를 누르십시오. GUI는 바닥에 로그의 변화를 인정해야한다.
- 관심의 스펙트럼 선을 선택 필드를 설정 &# 34]. 관심 회선 번호 LINE "아르곤, 이것은 일반적으로 H 형 lya1 선에 대한 그와 같은 Z 라인 2 및 3이 될 것이다.
- 줄 번호의 모든 가능한 목록에 "리스트 THACO 행 번호"를 클릭합니다.
- GUI의 상단 부분에서 "비닝 (binning)"탭을 클릭합니다.
- THACO 트리 (THT)의 유용성을 확인하기 위해 "THT의 유용성을 확인"을 클릭합니다. GUI의 바닥 부분은 가능한 모든 THACO 나무를 기록해야합니다.
- 가용성에 나열되지 않은 첫 번째 숫자에 필드 "새로운 THACO 트리 (THT) 번호"를 설정합니다.
- 새로운 THT 때문에 이전 분석이 덮어 쓰지 않습니다 만들려면 "CREATE"버튼을 클릭합니다.
- "THT의 유용성을 확인"을 클릭하여 다시 사용할 수 THTs의 목록을 새로 고칩니다.
- 다음 새로 만든 THT 번호로 "(ACTIVE) SHOT"필드에 "THT"필드를 변경하고 Enter 키를 누릅니다. GUI를 로그이 작업을 인정해야한다.
- t 경우그는 현재 총 잠금 모드, GUI의 상단 부분에있는 "CALIB"탭을 클릭하지 않습니다.
- 잠금 모드를 "샷에서 교정 데이터"를 변경하는 데이터를 보정하기 위해 사용합니다.
- 교정을 복사 할 수있는 "복사"버튼을 누릅니다.
- 다시 "비닝 (binning)"탭을 클릭합니다.
- 사용자 정의 binnings을 만들기에 대한 지침은 THACO 설명서를 참조하십시오.
- 이전 분석에서 비닝 복사하려면, 각 분야에 총 / THT를 입력 "COPY"버튼을 사용하여 패널 (각 변경 후 Enter 키를 눌러).
- 비닝을 통해 복사 "지점의 A"를 선택하고 "복사"를 클릭 한 다음 "지점의 B"를 선택하고 다시 "복사"를 클릭합니다.
- GUI의 상단의 "프로필"탭을 클릭합니다.
- 이 섹션에 존재하는 고급 기능을 사용하는 방법에 대한 지침은 THACO 설명서를 참조하십시오.
- 그렇지 않으면, 총을 입력 / THT 이리저리각 분야에 엄마 이전 분석 상단 패널에 (각 변경 후 Enter 키를 눌러).
- "로드의 GOOD"버튼 다음에 "LOAD RHO"버튼을 클릭합니다.
- "실행 THACO"버튼을 클릭하고 THACO는 반전 프로세스를 시작합니다. 이것은 몇 분 정도 걸릴 수 있습니다.
- THACO 실제로이 과정에서 독립적으로 일련의 단계를 거치지 유의 : 다음 라인 통합 데이터 반전 라인 통합 프로파일 데이터를 계산하기 위해 그 순간을 이용하여, 다양한 라인의 모멘트를 계산하는 스펙트럼에 다중 가우시안 적합 실행 최소 제곱 법에 의해. 문제 해결에 유용한 다음 단계에서 중간 출력은, 순간에서 찾을 수 있으며, 위젯을 프로파일 할 수 있습니다. 관심이있는 사용자는 다음 단계에 어떻게 반전 과정에 대한 세분화 된 제어를 위해이 위젯을 사용하는 방법에 대한 자세한 내용은 THACO 설명서를 통해보고하는 것이 좋습니다.
- 반전 공정 피니 일단, "프로필"탭 클릭 "LAUNCH_W_HIREXSR_PROFILES"시각적으로 급히 드릴 말씀은 프로파일을 검사합니다.
- 하단에있는 "나무 I / O"패널에서 "LOAD"버튼을 눌러 데이터를로드 할 때까지 기다립니다.
- 자동화 된 프로세스가 실패하면, 발견 "에 대한 반전 마십시오"과 "ALL"신속하게 모든 반전을 다시 실행하십시오.
- 수동으로 프레임을 변경하려면 하단의 'TIME "슬라이더를 이용하여 우측의 반전 정보를 검사한다.
- 왼쪽에 특이 채널을 선택하기 위해 다음 "CH 번호"에 / + 버튼과 선택을 해제 - (예를 들어, 음의 온도, 가장자리 등으로 비 물리적 그라디언트)는을 사용 잘못된 것으로 나타나는 반전 프로파일이있는 경우 "GOOD"옵션은 반전 단계에서 제거합니다.
- 배출량은 불확실성이 높은 있도록 가장자리를 향해 약한 경향이 있습니다; 그러나, 반전 온도는 여전히 (반드시) 중소 Z로 이동합니다가장자리 ERO 값.
- 찾기 "에 대한 반전 마십시오"현재 프레임에 대한 프로필을 반전 "CURRENT"을 클릭합니다. 반전 프로필이 올바른 것까지 제거 아웃 라이어를 반복합니다.
- 데이터가 만족스러운 것 같습니다 후 눌러 "SAVE".
- 데이터를 검사 할 프로필 위젯을 사용합니다.
- 원하는 경우, 다른 스펙트럼 라인으로 구성 프로파일을 비교하는 '비교'탭에서 '시작 W_HIREXSR_COMPARE "을 클릭합니다. 플라즈마 코어의 온도가 그와 같은 방출을 추월하기 위해 아르곤 H-같은 방출 충분히 뜨거워 때 유용 일반적인 시나리오입니다.
- 데이터는 프로그래밍 다른 언어에 대한 다양한 MDSplus API를 통해 액세스 할 수 있습니다. 해당 경로에 대한 THACO 설명서를 참조하십시오.
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Representative Results
헬륨 같은 아르곤의 스펙트럼을 한 번 빈의 픽셀 검출기에서 대표적인 데이터 샘플이 그림 17에 표시됩니다. 구형 결정에 의해 타원형 모양으로 구부러진 스펙트럼 라인을 명확하게 볼 수 있습니다. 상부 탐지기는 고장 검출기 패널을 갖고, 검출기 모두 흩어져 죽은 픽셀이있다. 깨진 검출기 패널의 데이터는 무시해야합니다. 측정 된 스펙트럼은 단일 코드 위에 THACO 수행 스펙트럼 피팅 결과를 나타내는 검출기로부터의 조각은도 18 및도 19에 나타낸다. 얻어진 라인 통합 프로파일 데이터는도 20에 도시된다.
헬륨, 아르곤과 같은 라인에서 THACO 의해 만들어 반전 플라즈마 온도 및 도넛 속도 프로파일의 일례는도 21에서 볼 수있다. 측정 된 이온 온도HIREXSR에서 다른 측정 채널 1 독립 진단에 동의합니다. 아르곤 재활용 불순물을 사용하여, 이온 프로파일 플라즈마의 전체 진화를 통해 측정 될 수있다. 이것은 불순물 제한 시간보다 긴 시간 스케일을 통해 연구 플라즈마 진화 등 등. 2013 11 라이스와 같이 전송 연구에 중요하다. 검출기 대신 과도 불순물을 측정하도록 배치 된 경우, 칼슘 같은 HIREXSR 과도 프로파일 데이터를 제공한다. 하워드 등의 알을 참조하십시오. 2011 (10)를 같은 연구.
브래그 반사 그림 1. 그림. 들어오는 광선 건설적으로 반영됩니다은 빈도와 파장의 자신의 각도에 따라 방해. 보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전.
방해석 크리스털도 2 로킹 커브. 검정 곡선은 파선은 흡수가없는 이상적인 경우 동안, 관측 데이터에 가장 적합하다.
그림 3. 벤트 크리스탈와 요한 분광계. 원의 둘레에 같은 위치에 들어오는 광선 사건은 결정에 입사 동일한 각도를 가지고 검출기의 동일한 위치에 끝낸다. 을 보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전.
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스펙트럼 플라즈마를 통해 여러 라인 평균 코드를 따라 캡처 있도록 구형 벤트 크리스탈 그림 4. 요한 분광계. 결정의 구형 굽힘는 남북 평면을 따라 공간 해상도 수 있습니다. 의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림.
그림 5. HIREXSR에 사용되는 검출기 크리스탈 정렬. HIREXSR에서, 검출기 측정 할 파장의 큰 범위를 허용 할 약간 표준 배열에서 각도입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
광학계의도 7 레이아웃.이 도면은 하워드 등의 알. (10)로부터 레이저 분출 시스템의 광학 시스템의 레이아웃을 도시한다.
다양한 노블 가스에 대한 그림 8. 분수 충전 상태 풍부.이 플롯은 소수 충전 상태의 존재비를 보여줍니다관상 평형의 다양한 고귀한 가스. 완전 박탈 주에 실선으로 표시됩니다, H-등으로 대시 점 대시 점 점와 NE-등을들 수있다. 점선, 그는 같은과 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 9. 칼슘 18 세 이상 K / w 밝기 비율. 그는 같은 칼슘 18 세 이상 (빨간색 점)에서 w 공진 라인에 dielectronic 위성 k의 측정 코드 평균 휘도 비율 이론적 곡선 (녹색 선)에 비해.
satelli 그림 10. 측정 된 그는 같은 칼슘 18 세 이상 스펙트럼. 18 세 이상 그는 같은 칼슘 측정 (w, x, y 및 z) 스펙트럼 TES (가장 유명한 '4', '3', Q, R 및 K)을 도트로 도시된다. 실선 충돌하는 방사성 모델링 계산 된 합성 스펙트럼.
그림 11. 측정 H-같은 아르곤 17 세 이상 스펙트럼. 합성 스펙트럼 (레드 라인)와 아르곤 17 세 이상 리 (α)의 이중 인근 위성 (녹색 점)의 측정 된 스펙트럼. 모 32 개 이상의 라인과 리의 α2 라인 사이의 중첩을합니다.
공진 라인 승 아르곤 16+ 부근에서 그는 같은 아르곤 16+ 스펙트럼 측정 그림 12. 측정 된 X 선 스펙트럼. 로그 스케일을합니다.
URE 13 "SRC ="/ 파일 / ftp_upload / 54408 / 54408fig13.jpg "/>
그림 13. 내부보기 크리스탈을 보여주는 창하십시오. 하우징 내에서 본 바와 같이 베릴륨 창 (a) 및 결정 (b)에 표시됩니다. 되기 창이 빨간색, 녹색, 구형 크리스탈, 보라색과 직사각형의 결정으로 표시됩니다.
감지기보기 그림 14. 내부보기. 그는 같은 스펙트럼의 세 가지 검출기 배열에서 왼쪽의 (a) 및 H-같은 스펙트럼에 대한에 표시됩니다의 오른쪽에 표시됩니다 (B). 그와 같은 스펙트럼에 사용되는 세 개의 검출기 동시에 플라즈마의 중심 및 가장자리에서 스펙트럼 캡처 허용한다.
dwscope의 그림 16. 예보기.이 그림은 dwscope의 인스턴스의 스크린 샷을 보여줍니다. HIREXSR에서 선 통합 데이터가 빨간색 상자로 강조 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 17. 예 검출기의 출력.이 그림은 드에 의해 수집 된 예를 원시 데이터를 보여줍니다그는 같은 (맨 위, 가운데) 및 H-같은 (아래) 아르곤의 스펙트럼을위한 하나의 시간 빈을 통해 tectors. y 축은 파장에 대응하고, 자오선 각도 X 축. 구형 결정에 의해 타원형 모양으로 구부러진 스펙트럼 라인은 명확하게 볼 수 있습니다. 상부 (1X 게인) 및 하부 (2 배 증가) 스펙트럼은 중심에서, 그리고 중간 주파수 (8 배 증가)의 모서리이다. 점선 녹색 라인은 스펙트럼 피팅 코드에 대해 서로 다른 영역을 구분합니다. 상단 검출기는 깨진 검출기 패널을 가지고 있으며, 검출기의 모든 흩어져 죽은 픽셀이 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 18. 예. H-같은 스펙트럼 수집 A에 대한 아르곤 H-같은 스펙트럼을 통해 라인 평균 밝기를 측정도 17.의 하단 검출기 픽셀의 단일 칼럼에 대응하는 하나의 코드 및 타임 빈 (상단, 화이트) 제거 된 배경을 녹색으로 표시되고, 다중 가우시안 적합 시안에 나타낸다. 총 적합 복합 스펙트럼은 적색 선으로 도시하고, 잔류 하단 도면에있다. 그림 11와 계약을합니다.
그림 19. 예 수집 된 그는 같은 스펙트럼. 그림 17에서 최고 검출기의 픽셀 하나의 컬럼에 대응하는 하나의 코드 및 시간 빈 (상단, 화이트)의 아르곤 그는 같은 스펙트럼을 통해 라인 평균 휘도 측정. 제거 된 배경을 녹색으로 표시되고, 다중 가우시안 적합 시안에 나타낸다. 총 적합 복합 스펙트럼은 적색 선으로 도시하고, 잔류 하단 도면에있다.
도 20. 실시 예 선 통합 단면도.이 도면은, 라인 피팅 결과로부터 THACO 의해 생성되는 라인 데이터 통합의 예를 도시한다. 그것은 tomographically 전체 프로필을 반환 반전 될 필요가있다.
그림 21. 예 거꾸로 플라즈마 프로필.이 그림은 온도와 도넛 형 회전 프로파일을 생성하기 위해 THACO 반전 된 예제 데이터를 보여줍니다. HIREXSR 두 공간 (y 축을 따라) 해상도 (x 축을 따라) 시간 분해능 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 센서 유형 | 역 바이어스 된 실리콘 다이오드 어레이 |
| 센서 두께 | 320 μm의 |
| 픽셀 크기 | 172 μm의 × 172 μm의 |
| 체재 | 487 × 195 = 94,965 픽셀 |
| 지역 | 33.5 mm × 83.8 mm |
| 동적 범위 | 20 비트 (1 : 1048576) |
| 픽셀 당 속도를 계산 | > 2 × 10 6 X 선 / 초 |
| 에너지 범위 | 3-30 keV의 |
| 에너지 해결 | ~ 500 keV의 |
| 조정 가능한 임계 값 범위 | 2-20 keV의 |
| 판독 시간 | 2.7 밀리 초 |
| 최대 프레임 속도 | 300 Hz에서 |
| 포인트 확산 기능 | 1 픽셀 |
| 외부 T조작자 / 게이트 | 5 V TTL |
| 전력 소비 | 15 W |
| 치수 | 275 × 146 × 85mm |
| 무게 | 1kg |
표 1. 감지기 사양. HIREXSR의 디자인과 관련이 표 목록 검출기 사양.
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Discussion
이 기술에 의해 생성 된 데이터는 실험 연구에 광범위하게 사용될 수있다. 이온 온도 도넛 속도 프로파일은 진성 자체 생성 플라즈마 회전 및 비 로컬 섭동 효과를 포함하여 전송 연구의 넓은 범위에서 사용할 수있다. 하워드 등. 2011 10에서 수행되었을 때 레이저 분출을 통해 주입 된 불순물의 스펙트럼을 측정하면, 플라즈마의 불순물의 전송에 대한 중요한 정보를 제공 할 수 있습니다. 이때, X 선 촬영 플라즈마 분광 동작을 프로빙하는 새로운 방법 만드는 플라즈마 코어 (1)로부터 다른 플라즈마 시간을 제공 할 수있는 진단 및 공간 분해 된 이온 프로파일 데이터.
프로토콜에서 가장 중요한 단계는 관심있는 파장 영역의 스펙트럼 라인의 식별이다. 관찰되는 라인 좋은 계산 통계를 제공하는 것이 강하게하고, 서로 인접 모두에서 해결하는 것이 중요연구 위성 라인. 이 선들의 상대 강도는 다른 온도로 급격히 변화 할 수 있으며, 유전체 재조합 같은 양자 프로세스 측정 효과를 가질 수있다.
스펙트럼 선이 약한 경우, 상기 측정 된 불순물을 더 도입하여 강도를 향상시킬 수있다. 파장이 서로 다른 다양한 관심있는 경우, 검출기는 단순히 브래그 각 수신 사이의 간섭을 방지하기 위해 광선 이하 80 ° 발산 피하기 위하여보다 큰 45 ° 사이에 여전히만큼, 롤 런드 원을 따라 이동해야 반사 된 광자. 검출기의 프레임 속도도 빠르게 또는 느리게되도록 변경 될 수있다. 검출기는 판독 시간 동안 광자를 계산, 이렇게 얻어진 데이터에서 더 나은 통계를 허용 긴 프레임 캡처 광자 증가의 비율하지 않습니다.
분광계 반응기 인터페이스는 10 -9 표준의 CC에 꽉 누설해야 /초 및 양쪽 1 기압의 압력 차를 견딜 수. 베릴륨 창으로 인해 3.1 keV의 엑스레이에 대한 약 40 %의 높은 강도와 좋은 X 선 투과 계수,이 인터페이스를위한 이상적인 선택입니다. HIREXSR의 하우징 내에서 유지되는 헬륨 분위기는 들어오는 광선의 약 ~ 1 % X 선 감쇠를 감소시킨다. 정수 펌핑은 공기가 하우징 내로 누출되지 로컬 환경을 오염되는 것을 보장한다. 누수 X 선은 검출기에 그것을 만들 수 있도록하는이 시스템은 두 번 확인해야한다.
진공 챔버 분광계 이상적인 하우징 것이다. 그러나, 이러한 챔버는 큰 분광계위한 유지 비용이 많이 비실용적이다. 미래의 개선은 X 선 흡수를 최소화하는 분광계 반응기 인터페이스와 현지 분위기를 조성하기 위해 새로운 기술 또는 최근의 혁신을 사용하여 초점, 또는 현재 또는 유사한 디자인이 저렴하고 MOR을 시도 할 수전자 가능한.
플라즈마는 재결합 있도록 관심있는 불순물을 이온화하기에 충분히 고온이지만 충분한 시원 필요로하는 기술은, 그 온도 조건에 의해 제한된다. 그 스펙트럼이 훨씬 간단하고 특성화하기 쉽기 때문에 또, H 형 및 He와 같은 이온화 상태가 바람직하다. 이는 플라즈마의 쿨러 에지로부터 데이터를 얻기 어렵다 수단과는 토카막의 온도 범위에 걸쳐 플라즈마에서 유용한 데이터를 얻을 수있는 시스템의 물리적 재구성을 필요로 할 수있다. 또한,이 기술은 다소 인해 분광기 결정의 열팽창 보정 촬영을 실행의 필요성에 의해 제한된다. 이 결정에 더 온도 제어, 또는 다른 신규 한 교정 기법 앞으로 개선 될 수있다.
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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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