本发明专利技术提供了用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断方法及系统，涉及等离子体诊断技术领域，包括将中性束的粒子元素设置为钠，计算束流轨迹；对束流轨迹进行迭代计算，得到符合条件的预设参数；基于预设参数，将中性束注入等离子体，利用分析仪采集采样区碰撞电离产生的一次离子束，得到一次离子束在分析仪探测板的环向偏转角度；根据正则角动量守恒定律，计算得到采样区的环向磁矢；对托卡马克等离子体环向磁矢进行判断，选取其中一种方式进行诊断，进而得到诊断结果。本发明专利技术的有益效果为扰动小，时空分辨率高，对二次电离率较低的等离子体，仍可获得较高的信噪比，对研究高温磁约束等离子体的约束性能、不稳定性和能量平衡有着重要意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及等离子体诊断，具体而言，涉及用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断方法及系统。
技术介绍
1、在托卡马克装置中，环向磁矢的测量能够提供背景磁场及电流密度的信息，对研究高温磁约束等离子体的约束性能、不稳定性和能量平衡有着重要的意义。目前已经提出了几种测量磁场的方法：远红外激光辐射（far-infrared laser radiation）、激光散射（laser-light scattering）、微波辐射（microwave radiation）、重离子束探针（heavy ionbeam probe - hibp）等。但由于强环形场和等离子体离子热运动的影响，各种光谱诊断技术都存在谱线过度展宽的问题；而hibp虽然可以对芯部环向磁矢进行直接测量，但受限于二次电离率和电子密度对信噪比的影响，仅适用于具有较高温度和密度等离子体中的测量。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断方法及系统，以改善上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
2、第一方面，本申请提供了用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断方法，包括：
3、将中性束的粒子元素设置为钠，计算束流轨迹，其中束流轨迹包括中性束轨迹和中性束与等离子体电子碰撞电离产生的一次离子束轨迹；
4、对束流轨迹进行迭代计算，得到模拟下的一次离子束能够进入分析仪的束流轨迹所对应的预设参数，预设参数包括入射能量、入射角度和采样区；
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p>5、基于预设参数，将中性束以预设的入射能量和入射角度注入等离子体，对中性束在采样区碰撞电离产生的一次离子束进行分析，得到一次离子束在分析仪上的探测板的的环向偏转角度；6、基于环向偏转角度，根据正则角动量守恒定律，计算得到采样区的环向磁矢；
7、根据测量需求，对托卡马克等离子体的环向磁矢进行判断，并选取其中一种方式进行诊断，进而得到诊断结果，其中诊断方式包括局部涨落测量和空间分布测量。
8、优选地，所述基于预设参数，将中性束以预设的入射能量和入射角度注入等离子体，对中性束在采样区碰撞电离产生的一次离子束进行分析，得到一次离子束在分析仪上的探测板的环向偏转角度，其中包括：
9、基于预设参数，将中性束以预设的入射能量和入射角度注入等离子体，在采样区碰撞电离产生的一次离子束在背景磁场作用下发生偏转并通过分析仪的入口狭缝；
10、一次离子束进入分析仪后在电场作用下流向分析仪上的探测板，通过程控软件调节电压，计算得到一次离子束在探测板上的落点中心位置；
11、获取探测板的大环半径，并根据落点中心位置和大环半径，求解一次离子束在分析仪上的探测板的环向偏转角度，其计算公式如下：
12、
13、式中，为一次离子束在探测板的环向偏转角度，为探测板的大环半径，为一次离子束在探测板上的落点中心位置。
14、优选地，所述基于环向偏转角度，根据正则角动量守恒定律，计算得到采样区的环向磁矢，其中采样区的环向磁矢的计算公式如下：
15、
16、式中，为采样区的环向磁矢，为钠的质量，为一次离子束与探测板中心位置的环向偏转角度，为中性束发射器与探测板中心点的环向角度差，为中性束入射环向角动量（，其中为中性束入射位置的大环半径，为中性束的入射速度在环向上的分量），为电子电荷量，为采样区的大环半径，为中性束到达采样区的时间，一次离子束到达分析仪探测板的时间，、分别为束流轨迹在时刻的大环半径和环向磁矢，为微分符号，为的微分。
17、优选地，所述诊断方式包括局部涨落测量，其中计算过程如下：
18、若测量需求为采样区的局部环向磁矢涨落，则对环向磁矢的涨落量进行求解，其计算公式如下：
19、
20、式中，为采样区的局部环向磁矢涨落，为一次离子束在探测板的环向偏转角度的涨落，为钠的质量，为电子电荷量，为采样区的大环半径，为中性束到达等采样区的时间，一次离子束到达分析仪探测板的时间，为束流轨迹在时刻的大环半径，为微分符号，为的微分。
21、优选地，所述诊断方式包括空间分布测量，其中计算过程如下：
22、若测量需求为环向磁矢空间分布，则通过改变预设参数，重复迭代计算，得到等离子体环向磁矢在不同径向位置的空间分布，对等离子体的极向磁场进行求解，其计算公式如下：
23、
24、式中，为极向磁场，为梯度向量，为环向磁矢。
25、第二方面，本申请还提供了用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断系统，包括第一计算模块、第二计算模块、分析模块、第三计算模块和选取模块，其中：
26、第一计算模块：用于将中性束的粒子元素设置为钠，计算束流轨迹，其中束流轨迹包括中性束轨迹和中性束与等离子体电子碰撞电离产生的一次离子束轨迹；
27、第二计算模块：用于对束流轨迹进行迭代计算，得到模拟下的一次离子束能够进入分析仪的束流轨迹所对应的预设参数，预设参数包括入射能量、入射角度和采样区；
28、分析模块：用于基于预设参数，将中性束以预设的入射能量和入射角度注入等离子体，对中性束在采样区碰撞电离产生的一次离子束进行分析，得到一次离子束在分析仪上的探测板的环向偏转角度；
29、第三计算模块：用于基于环向偏转角度，根据正则角动量守恒定律，计算得到采样区的环向磁矢；
30、选取模块：用于根据测量需求，对托卡马克等离子体的环向磁矢进行判断，并选取其中一种方式进行诊断，进而得到诊断结果，其中诊断方式包括局部涨落测量和空间分布测量。
31、本专利技术的有益效果为：
32、本专利技术所提出的nbp测量技术主要针对参数较低的托卡马克装置中等离子体环向磁矢（极向磁场）的测量，特征是扰动小，并且时空分辨率高，对于二次电离率较低的等离子体，仍可获得较高的信噪比，对于深入研究高温磁约束等离子体的约束性能、不稳定性和能量平衡有着重要意义。
33、本专利技术的目的是基于高温等离子体芯部区域的重离子束探针（hibp）测量原理，提出了一种扰动小、时空分辨率高且适用于低参数等离子体的中性束探针（nbp）测量技术，用于探测托卡马克等离子体环向磁矢（极向磁场）；与传统的hibp相比，该诊断系统在等离子体参数较低时，仍可获得足够的信噪比。
34、本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术实施例了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
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【技术保护点】
1.用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断方法，其特征在于，所述基于预设参数，将中性束以预设的入射能量和入射角度注入等离子体，对中性束在采样区碰撞电离产生的一次离子束进行分析，得到一次离子束在分析仪上的探测板的环向偏转角度，其中包括：
3.根据权利要求1所述的用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断方法，其特征在于，所述基于环向偏转角度，根据正则角动量守恒定律，计算得到采样区的环向磁矢，其中采样区的环向磁矢的计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断方法，其特征在于，所述诊断方式包括局部涨落测量，其中计算过程如下：
5.根据权利要求1所述的用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断方法，其特征在于，所述诊断方式包括空间分布测量，其中计算过程如下：
6.用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断系统，其特征在于，所述分析模块，其中包括：
8.根据权利要求6所述的用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断系统，其特征在于，所述第三计算模块中采样区的环向磁矢的计算公式如下：
9.根据权利要求6所述的用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断系统，其特征在于，所述选取模块中的局部涨落测量的计算过程如下：
10.根据权利要求6所述的用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断系统，其特征在于，所述选取模块中的空间分布测量的计算过程如下：
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【技术特征摘要】
1.用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断方法，其特征在于，所述基于预设参数，将中性束以预设的入射能量和入射角度注入等离子体，对中性束在采样区碰撞电离产生的一次离子束进行分析，得到一次离子束在分析仪上的探测板的环向偏转角度，其中包括：
3.根据权利要求1所述的用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断方法，其特征在于，所述基于环向偏转角度，根据正则角动量守恒定律，计算得到采样区的环向磁矢，其中采样区的环向磁矢的计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的用于测量托卡马克等离子体磁矢和磁场的诊断方法，其特征在于，所述诊断方式包括局部涨落测量，其中计算过程如下：
5.根据权利要求1所述的用于测...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴丹妮，栗钰彩，许宇鸿，黄捷，张欣，胡军，刘海峰，程钧，沈军峰，刘海，王先驱，兰恒，李伟，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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