[发明专利]一种场反位形等离子体中的磁场测量方法

说明书

本发明提供一种场反位形(FRC)等离子体中的磁场测量方法，该方法采用激光离子束轨迹探针(LITP)来测量FRC等离子体中的磁场，激光离子加速器产生的离子束经准直器入射至场反位形装置；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。本发明的方法(LITP)能够针对具体给定的FRC位形，给出LITP诊断磁场的误差水平、LITP样机的关键参数及系统框架等。

技术领域

本申请涉及磁约束等离子体研究领域，具体涉及场反位形(FRC)等离子体及等离子体诊断技术领域，更具体地涉及一种场反位形等离子体中的磁场测量方法。

背景技术

近年来，场反位形(FRC)的磁约束等离子体装置研究进展迅速，已经成为学术界认真考虑的磁约束位形之一。国内新奥能源研究院等单位正在研制FRC装置，有望在该方向取得重要突破。在研究磁约束等离子体的平衡位形、粒子输运与约束、能量约束等过程中，磁场是必不可少的基本物理参量。因此，磁场诊断是磁约束等离子体研究的核心关键诊断之一。

测量高温等离子体芯部磁场的传统方法主要通过远红外激光的法拉第效应、中性束的运动Stark效应来诊断。但在FRC等离子体中有磁场方向相反的区域紧密相连，导致激光法拉第效应在传播路径上自相抵消而趋近于零，而芯部的弱磁场造成的运动Stark光谱分裂很小，难以得到有效的磁场诊断结果。因此，急需一种能够有效测量FRC等离子体内的磁场分布的方法。

发明内容

为了解决现有技术中测量FRC等离子体内的磁场分布的上述问题，本发明提供一种场反位形等离子体中的磁场测量方法，该方法采用激光离子束轨迹探针来测量FRC等离子体中的磁场，本发明的方法(LITP)能够针对具体给定的FRC位形，给出LITP诊断磁场的误差水平，LITP样机的关键参数及系统框架等。

根据本发明，提供一种场反位形等离子体中的磁场测量方法，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；

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。

可选地，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。