一种用于测量离子回旋辐射的高频磁探针诊断系统的制作方法

本发明涉及对托卡马克中高能离子的研究技术领域，尤其涉及一种用于测量离子回旋辐射的高频磁探针诊断系统，高能离子主要包括核聚变产生的高能离子和辅助加热系统加热等离子体产生的高能离子，研究高能离子对于未来核聚变的实现有重要的意义。

背景技术：

离子回旋辐射是磁约束等离子体中产生的一种在离子回旋频段附近的电磁辐射，它是由局域高能离子驱动，从其物理机制方面分析离子回旋辐射是一种磁声回旋不稳定性，这种不稳定性来自于高能离子和快阿尔芬波的相互作用。早在上个世纪八九十年代由英国的jet上第一次探测到了离子回旋辐射并且发现离子回旋辐射信号强度与中子辐射强度在六个量级里呈现线性关系。同时他们还发现，离子回旋辐射的频率和背景环向磁场关系密切，并且环向电流对离子回旋辐射频率也有一定的影响，虽然影响并不是很大。随后人们还发现了磁流体力学不稳定性对离子回旋辐射的影响，其原因是由于磁流体力学不稳定性引起了高能离子含量以及分布的变化。在很多装置上人们都发现了elm爆发，鱼骨模，锯齿模等磁流体不稳定性对离子回旋辐射的影响。而用到的探针主要就是两种：1）.安装在低场侧的用于耦合离子回旋辐射信号的线圈；2）.离子回旋波天线，因为离子回旋天线本身就是一个磁探针。研究离子回旋辐射对于未来研究聚变产生的高能离子有重要的意义，也是未来聚变诊断不可缺少的诊断方法。

技术实现要素：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于测量离子回旋辐射的高频磁探针诊断系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于测量离子回旋辐射的高频磁探针诊断系统，其特征在于：包括有高频磁探针、真空同轴电极、高真空同轴线、隔直器、功分器、滤波器、检波器、数据采集与处理模块、频谱分析仪和计算机。所述的高频磁探针位于托卡马克的内部，高频磁探针用于耦合离子回旋辐射信号，耦合到的离子回旋辐射信号通过高真空同轴线和同轴电极传输到托卡马克外部，然后通过功分器将信号等幅值的分为八路信号，其中七路信号通过滤波器以及检波器测量每个频段内的幅值信号强度，检波器将输出的信号发送给数据采集与处理模块，数据采集与处理模块利用射频波信号的幅值计算离子回旋辐射值，并将计算结果发送到计算机进行存储，而功分器的另一路信号发送到频谱分析仪，频谱分析仪将射频信号从时域转化到频域并发送给电脑进行存储以备后面的计算。

所述的高频磁探针包括有不锈钢固定架、调节板、线圈支撑架和铜丝线圈，所述的调节板固定在不锈钢固定架上，线圈支撑架固定在调节板的一端，铜丝线圈通过卡线槽固定在线圈支撑架上，在铜丝线圈与线圈支撑架之间还设有聚四氟乙烯线圈皮套，高频磁探针通过不锈钢固定架焊接到托卡马克内壁上。不锈钢316l固定架通过焊接到马克壁上来固定整个结构，不锈钢316l调节板用于调节探针与等离子体之间的距离，纯铜的卡线槽，螺丝孔用于固定卡线槽。纯铜线圈是最主要的一个部分用于耦合离子回旋辐射信号。调节板是通过螺丝螺母固定调节长度的伸缩板，固定之前进行调节，固定之后长度无法调节。

所述的真空同轴电极是一种五十欧姆陶瓷焊接阻隔超高真空的bnc母头转bnc母头，结合真空法兰安装在托卡马克壁上用于传输离子回旋辐射信号。

所述的频谱仪是将离子回旋辐射信号从时域转化到频域的器件。

滤波器是将功分器出来的信号进行带频滤波，只有特定的频率可以通过。

频谱分析仪是一种将射频信号从时域转化为频域的设备，以便于我们对频谱的分析。

本发明的优点是：本发明磁探针诊断系统是被动的，不会往等离子体中注入射频波或者气体，因此对等离子体没有任何影响，对于研究聚变阿尔法离子以及高能束离子有重大的意义，结构简单，成本低，操作方便。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

图2为本发明的高频磁探针的结构示意图。

图3为高频磁探针的俯视图。

图4为滤波器校准曲线图。

具体实施方式

如图1所示，一种用于测量离子回旋辐射的高频磁探针诊断系统，包括有高频磁探针1、真空同轴电极2、高真空同轴线、隔直器3、功分器4、滤波器5、检波器6、数据采集与处理模块7、频谱分析仪8和计算机16，所述的高频磁探针1位于托卡马克9内部，高频磁探针1的输出端通过高真空同轴线连接真空同轴电极2，真空同轴电极2通过隔直器3连接功分器4，功分器4的一部分信号与滤波器5的输入端连接，滤波器5出来的信号连接检波器6的输入端，检波器6的输出端连接数据采集与处理模块7的输入端，数据采集与处理模块7的输出端连接计算机；功分器4出来的另外一部分信号接入所述的频谱分析仪8。

高频磁探针1耦合离子回旋辐射信号，离子回旋辐射信号通过高真空同轴线和真空同轴电极2传输到托卡马克9外部，通过功分器4将信号等幅值的分为八路信号，一部分信号通过滤波器5以及检波器6测量不同频段内信号的幅值，检波器6将输出的信号发送给数据采集与处理模块7，数据采集与处理模7块利用射频波信号的幅值计算离子回旋辐射值，并将计算结果发送到计算机进行存储；从功分器4通过的另一部分信号发送到频谱分析仪8，频谱分析仪8将射频信号从时域转化到频域并发送给电脑进行存储。

如图2、3所示，所述的高频磁探针1包括有不锈钢固定架10、调节板11、线圈支撑架12和铜丝线圈13，所述的调节板11固定在不锈钢固定架10上，线圈支撑架12固定在调节板11的一端，铜丝线圈13通过卡线槽14固定在线圈支撑架12上，在铜丝线圈13与线圈支撑架12之间还设有聚四氟乙烯线圈皮套15，高频磁探针1通过不锈钢固定架10焊接到托卡马克9内壁上。不锈钢316l固定架10通过焊接到马克壁上来固定整个结构，不锈钢316l调节板11用于调节探针与等离子体之间的距离，纯铜的卡线槽，螺丝孔用于固定卡线槽。纯铜线圈是最主要的一个部分用于耦合离子回旋辐射信号。

所述的真空同轴电极2是一种五十欧姆陶瓷焊接阻隔超高真空的bnc母头转bnc母头，结合真空法兰安装在托卡马克壁上用于传输离子回旋辐射信号。

所述的检波器6是利用ad8307芯片来测量比较小的离子回旋辐射信号，是一种将射频信号转化直流信号的器件。

所述频谱分析仪8是一种将射频信号从时域转化为频域的设备，以便于我们对频谱的分析。

图4是滤波器5的校准曲线，根据滤波器的校准曲线我们可以得到射频波在不同频段内的强度。根据不同频段内的强度，可以实现了粗略的傅里叶变换。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于测量离子回旋辐射的高频磁探针诊断系统，包括真空同轴电极、耐高温高压同轴线缆，超高频磁探针、功分器、检波器、频谱分析仪、信号采集系统，真空同轴电极和同轴用于将射频信号从托卡马克内传输到托卡马克外部；超高频磁探针用来耦合射频信号；功分器将源信号等幅值的分为八路信号；检波器检测电压探针射频信号的峰峰值，结果以直流信号输出；频谱分析仪将射频信号从时域转化到频域；信号采集系统将采集的电压信号存属到计算机上。本发明磁探针诊断系统是被动的，不会往等离子体中注入射频波或者气体，因此对等离子体没有任何影响，对于研究聚变阿尔法离子以及高能束离子有重大的意义，结构简单，成本低，操作方便。

技术研发人员：刘鲁南;张新军;秦成明;赵燕平;毛玉周;袁帅;张开
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：2019.06.11
技术公布日：2019.10.18