托卡马克高速光谱探测技术研究

发布时间：2020-05-17 09:50

【摘要】：光谱诊断是研究聚变等离子体中离子行为的主要方法。近年来随着托卡马克等离子体湍流和MHD研究的深入,相应过程中离子行为(离子温度、旋转速度及杂质辐射等)的快速变化越来越受到关注,因而高速光谱诊断的需求越来越迫切。基于EAST装置UF-CXRS诊断系统,本文系统分析了光电探测系统中各部分的设计方法,研制了一套光电探测系统使其时间分辨率达到微秒量级。本文为EAST装置上的高速电荷复合交换光谱诊断系统设计并制作了一套高时间分辨率的光电探测系统。以进入探测器的光子通量估算结果为依据,参考各种探测器的工作特性,选用了光电倍增管作为系统的探测器。用数学模型分析了光电倍增管输出信号、噪声与光子通量的关系。详细分析跨阻电路工作特性以及输出噪声,将其分别与电压放大电路、有源滤波电路以及频率补偿电路相结合组成三种信号处理电路方案。经过仿真分析、实验测试,跨阻电路与有源滤波电路结合的电路方案削弱了信号中的高频噪声,保证输出信号有较好的信噪比。经过测试,该套探测系统时间分辨率达到2.5μs,可探测光子通量下限为10~7ph/s,满足光谱系统的参数需求。以此探测系统为基础,将其应用于J-TEXT装置的光谱诊断系统上,提高了系统的时间分辨率,通过CV辐射有效监测到等离子体中MHD活动。
【图文】：

电探测器选择章中已经介绍了常用的光电探测器的原理、噪声以及工作特性系统要求高时间分辨率，CCD 探测器时间响应速度不能满足算得到的光子通量，，光电二极管与 C-MOS 探测器光强的探测，APD 与 PMT 较为合适的探测器。文献[32]为了设计高速束探测器，在光信号波长 656.1nm、系统带宽为 1MHz 条件下，崩光电二极管与光电倍增管三种探测器的输出信号噪声的模型不同的光子通量下，输出信号的噪声/信号的变化曲线，如图低于85 10 phs s时，光电倍增管有较好的信噪比。同时根据 ，二者都需要高电压，但是 APD 的增益与噪声对温度敏感，却装置保证 APD 工作在较低的温度环境中。所以，对于这一套选择光电倍增管作为系统的探测器。

图 3.16 跨阻电路幅频特性图 3.17 跨阻电路单位阶跃响应（方波频率 500kHz）3.2.3 信号处理电路分析设计对于已经设计完成的跨阻电路，当光电倍增管输出电流小于 10μA 时，输出电
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL631.24

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本文编号：2668336