[发明专利]一种场反位形等离子体中的磁场测量方法

权利要求书

1.一种场反位形等离子体中的磁场测量方法，其特征在于，该方法利用激光离子束轨迹探针测量所述场反位形等离子体中的磁场，所述磁场测量方法包括以下步骤：

通过激光离子加速器产生离子束，所述离子束包括具有不同能量的离子；

所述离子束经准直器入射至场反位形装置，使所述离子束中具有不同能量的离子具有相同的入射角度；

测量不同能量的离子在所述场反位形等离子体中的磁场中的环向偏转角(Φ_t-2α₀)、轴向位移Z以及飞行时间T；

确定所述环向偏转角(Φ_t-2α₀)、所述轴向位移Z以及所述飞行时间T与所述场反位形等离子体中的磁场的极向磁场剖面的定量关系，非线性重构所述极向磁场剖面，通过迭代的非线性层析方法非线性重构所述极向磁场剖面，从而由环向偏转角(Φ_t-2α₀)以及轴向位移Z，得到极向磁场剖面B_p(r_i)，所述非线性层析方法包括以下步骤：

(1)设定所述场反位形等离子体中的磁场的初始极向磁场剖面

(2)在所述初始极向磁场剖面下求解入射离子的飞行轨迹L_i；

(3)获得线性反演的系数矩阵；

(4)基于所述系数矩阵对入射粒子的轨道方程进行线性层析求解，获得所述场反位形等离子体中的磁场的极向磁场剖面B_p(r_i)；

(5)重复步骤(2-4)，直到两次重复得到的极向磁场剖面之差小于测量误差允许范围，输出最终反演结果；

确定所述环向偏转角(Φ_t-2α₀)、所述轴向位移Z以及所述飞行时间T与所述场反位形等离子体中的磁场的极向磁场剖面的定量关系，非线性重构所述极向磁场剖面还包括以下步骤：

确定所述离子束在极向磁场B_P中的极坐标，在所述极坐标中，所述离子束在任一时刻的速度方向与径向夹角为θ、环向位置角度为φ、半径为R、垂直于所述场反位形装置的轴向的方向上的速度为v_⊥；

获得所述离子束在所述极坐标中的运动微分形式：及

对上述运动微分方程进行积分，得到所述离子束的环向偏转角：以及所述离子束的轴向位移：

所述离子束中入射方向一致的不同能量的所述离子的每条轨迹都满足：

其中，等离子体电流方向为环向，所述场反位形装置的轴向位置为极向，L为离子束的飞行轨迹，L_i为离子的第i个飞行轨迹，α₀为离子入射的环向角度，Φ_t为在时刻t出射的离子的环向位置角度，q为离子所带的电荷量，B_p为极向磁场，m为离子质量，β为离子束的轴向入射偏角，V_//为离子束的轴向速度。

2.根据权利要求1所述的场反位形等离子体中的磁场测量方法，其特征在于，测量不同能量的离子在所述场反位形等离子体中的磁场中的环向偏转角(Φ_t-2α₀)、轴向位移Z以及飞行时间T，还包括以下步骤：

在中平面入射离子束，所述离子束的环向入射角为α，轴向入射角为β，所述离子束在所述极向磁场中发生环向偏转，通过测量所述离子束中不同能量的离子的环向偏转角(Φ_t-2α₀)、轴向位移Z以及飞行时间T得到环向偏转角(Φ_t-2α₀)与轴向位移Z和飞行时间T的对应关系，其中所述中平面为所述场反位形装置镜像对称面。