一种单一观察窗的聚变灰尘立体成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种单一观察窗的聚变灰尘立体成像系统，包括穿置在同一观察窗上的两组取像光路，两组所述取像光路的末梢点相互偏离，且在观察窗内侧指向至少一部分重合的区域，所述取像光路位于观察窗外侧的端部设置有用于记录图像的相机。本发明专利技术能够通过单一观察窗对托卡马克内部进行三维重构，重构效果好，降低了实验成本，且重构时稳定、高效、持续时间长。长。长。

【技术实现步骤摘要】
一种单一观察窗的聚变灰尘立体成像系统


[0001]本专利技术涉及受控核聚变
，具体涉及一种装配在托卡马克上单一观察窗的聚变灰尘研究的立体成像系统。

技术介绍

[0002]托卡马克是利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器，它中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。工作时，托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的，这是目前科学界公认最有希望彻底解决人类能源危机的终极可行方案。磁约束可控核聚变发电项目“ITER”是人类有史以来最大规模的合作任务之一，由中、美、俄、欧盟、日、韩、印等多国投入巨大资源共同开发。我国设计建造了全超导托卡马克EAST，取得了1亿度芯部等离子体电子温度和超过400秒的长脉冲放电等一系列让世界瞩目的成果。此外还建设了先进的托卡马克HL-2A/M装置，在超声速加料及等离子体输运等物理机制研究领域，取得了一些在国际上有重要性影响的研究成果。在此基础上，我国正在设计建造大型聚变反应堆CFETR，将实现聚变能量增益Q超过10、输出功率超过1GW的宏伟目标。
[0003]现代大型托卡马克，等离子体芯部区域温度高达上亿度，其内部核聚变相关的物理机制非常复杂。为实验研究其物理机制，已发展出大量的实验诊断手段，可在托卡马克装置实时诊断其相关的物理参数。未来长期稳态运行的托卡马克，其芯部等离子体上亿度的高温带来的中子辐照、伽马射线等因素，必然给现有以电磁手段为主的等离子体实验诊断系统的安全性带来巨大的挑战。但中子辐照、伽马射线这些因素对光学诊断的影响很小，光学诊断必然在未来托卡马克研究中发挥越来越重要的作用。从另一方面来说，现有高参数运行下的托卡马克实验中，灰尘的影响越来越大，如近期高参数运行的EAST托卡马克上，因为灰尘而导致的等离子体破裂占整个放电次数的两成以上，相关的聚变灰尘的物理机制研究亟待深入开展。
[0004]当前，为研究磁约束可控核聚变内部等离子体复杂的物理机制，大型托卡马克装置的观察窗里布满了几十种以上复杂繁琐的实验诊断及探测装置。托卡马克上可供使用的观察窗或法兰极度紧缺，一般一个实验周期内，每个观察窗都会有多种实验诊断方案需要安装，只能轮番安排实验，实验成本极高。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种单一观察窗的聚变灰尘立体成像系统，其能够通过单一观察窗对托卡马克内部进行三维重构，重构效果好，降低了实验成本，且重构时稳定、高效、持续时间长。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种单一观察窗的聚变灰尘立体成像系统，包括穿置在同一观察窗上的两组取像光路，两组所述取像光路的末梢点相互偏离，且在观察窗内侧指向至少一部分重合的区域，所述取像光路位于观察窗外侧的端部设置有用于
记录图像的相机。
[0007]作为优选的，两组所述取像光路分别位于观察窗间距最长的两边缘处，所述取像光路呈弯折状，且弯折方向不同。
[0008]作为优选的，所述取像光路转动和/或滑动设置在孔内，且所述取像光路连接有驱动源，所述相机与取像光路的端部同步运动。
[0009]作为优选的，所述观察窗上设置有法兰，所述取像光路包括物镜、潜望部、成像光纤和中继镜，所述潜望部设置在法兰上，所述物镜和成像光纤分别耦合在潜望部的两端，且所述物镜位于法兰的内侧，所述成像光纤位于法兰的外侧，所述中继镜耦合在成像光纤上，所述相机耦合在成像光纤的端部。
[0010]作为优选的，所述潜望部包括第一潜望部、第二潜望部和第三潜望部，所述第三潜望部垂直设置在法兰上；所述第二潜望部设置在第三潜望部上，且所述第二潜望部的中轴线与第三潜望部的中轴线相交；所述第一潜望部设置在第二潜望部上，且所述第一潜望部的中轴线与第二潜望部相交、两个所述第一潜望部的中轴线远离观测区域的延长线不相交；所述物镜设置在第一潜望部的端部，所述成像光纤设置在第三潜望部的端部。
[0011]作为优选的，所述潜望部内设置有反射镜。
[0012]作为优选的，所述反射镜包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜设置在第一潜望部和第二潜望部的连接处，所述第二反射镜设置在第二潜望部和第三潜望部的连接处。
[0013]作为优选的，所述法兰紧邻托卡马克的内壁，所述物镜紧邻法兰。
[0014]作为优选的，所述第三潜望部、第二潜望部和第一潜望部依次垂直设置，所述第一反射镜和第二反射镜相对，且与第二潜望部均呈45
°
。
[0015]作为优选的，所述相机为高速相机，所述高速相机具有互相同步的两个，其分别位于一个中继镜的端部，所述成像光纤的像素不大于高速相机的像素本
[0016]专利技术的有益效果：
[0017]本专利技术通过优化的设计，能够在同一个观察窗上，从两个不同的位置，从不同的视角，对研究区域进行实时的观测记录，在两个视野重叠的区域内，任何物体的三维形状、运动轨迹等信息，均可以通过相机取得的图像进行重构，这对托卡马克的硬件需求低到最低，进而降低了成本，同时实现了稳定、持续、高效的观测聚变灰尘物理机制的目的，非常利于未来在托卡马克实验研究中的推广。
附图说明
[0018]图1为本专利技术一种单一观察窗的聚变灰尘立体成像系统的结构示意图；
[0019]图2为本专利技术潜望部的内部光学反射镜组示意图。
[0020]图中标号说明：1、物镜，2、潜望部，20、第一潜望部，21、第一反射镜，22-第二潜望部，23-第三潜望部，24-第二反射镜，3、法兰，4、成像光纤，5、中继镜，6、高速相机，7、光线。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0022]本专利技术的一种单一观察窗的聚变灰尘立体成像系统的一实施例，包括穿置在同一观察窗上的两组取像光路。两组取像光路的末梢点相互偏离，且在观察窗内侧指向至少一部分重合的区域。取像光路位于观察窗外侧的端部设置有用于记录图像的相机。以上优化的设计，能够在同一个观察窗上，从两个不同的位置，从不同的视角，对研究区域进行实时的观测记录，在两个视野重叠的区域内，任何物体的三维形状、运动轨迹等信息，均可以通过相机取得的图像进行重构，这对托卡马克的硬件需求低到最低，进而降低了成本，同时实现了稳定、持续、高效的观测聚变灰尘物理机制的目的，非常利于未来在托卡马克实验研究中的推广。
[0023]具体而言，上述观察窗设置在托卡马克的器壁上。观察窗的中轴线穿过观测区域。观察窗能够隔断托卡马克的内外。
[0024]上述观察窗上开设有两个孔。两组取像光路分别设置在两个孔内。孔与取像光路之间密封。一种设置方式是，孔与取像光路完全固定，这种设置的方式能够获得极为稳定、清晰的图像，且系统复杂度低；另外一种设置方式是，取像光路转动和/或滑动设置在孔内，且取像光路连接有驱动源，这种设置的方式能够调整或动态调整观察点的位置和/或角度，以获得聚变灰尘更多的信息。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单一观察窗的聚变灰尘立体成像系统，其特征在于，包括穿置在同一观察窗上的两组取像光路，两组所述取像光路的末梢点相互偏离，且在观察窗内侧指向至少一部分重合的区域，所述取像光路位于观察窗外侧的端部设置有用于记录图像的相机。2.如权利要求1所述的单一观察窗的聚变灰尘立体成像系统，其特征在于，两组所述取像光路分别位于观察窗间距最长的两边缘处，所述取像光路呈弯折状，且弯折方向不同。3.如权利要求1所述的单一观察窗的聚变灰尘立体成像系统，其特征在于，所述取像光路转动和/或滑动设置在孔内，且所述取像光路连接有驱动源，所述相机与取像光路的端部同步运动。4.如权利要求1所述的单一观察窗的聚变灰尘立体成像系统，其特征在于，所述观察窗上设置有法兰，所述取像光路包括物镜、潜望部、成像光纤和中继镜，所述潜望部设置在法兰上，所述物镜和成像光纤分别耦合在潜望部的两端，且所述物镜位于法兰的内侧，所述成像光纤位于法兰的外侧，所述中继镜耦合在成像光纤上，所述相机耦合在成像光纤的端部。5.如权利要求4所述的单一观察窗的聚变灰尘立体成像系统，其特征在于，所述潜望部包括第一潜望部、第二潜望部和第三潜望部，所述第三潜望部垂直设置在法兰上；所述第二潜望部设置在第三潜望部上，且所述第二潜...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯岩，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：