Anwenden von Röntgen Imaging Kristall Spektroskopie für den Einsatz als Hochtemperatur-Plasmadiagnose

Zusammenfassung

Röntgenspektren bieten eine Fülle von Informationen über Hochtemperaturplasmen. Diese Handschrift stellt den Betrieb einer hohen Wellenlängenauflösung räumlich Röntgenspektrometer Bildgebung verwendet wasserstoff- und Helium artigen Ionen mittlerer Ordnungszahl Elemente in einem Tokamak Plasma anzuzeigen.

Zusammenfassung

Röntgenspektren eine Fülle von Informationen über Hochtemperaturplasmen bereitzustellen; zum Beispiel Elektronentemperatur und Dichte kann aus der Leitung Intensitätsverhältnisse abgeleitet werden. Durch die Verwendung des Plasma eines Spektrometers Johann Betrachtung ist es möglich, Profile der Plasmaparameter zu konstruieren, wie Dichte, der Temperatur und der Geschwindigkeit, mit guten räumlichen und zeitlichen Auflösung. Allerdings ist das Benchmarking Atom Code Modellierung von Röntgenspektren von gut diagnostiziert Laborplasmen erhalten wichtige Verwendung solcher Spektren zu rechtfertigen Plasmaparameter zu bestimmen, wann eine andere unabhängige Diagnose nicht verfügbar sind. Dieses Manuskript stellt den Betrieb des hochauflösenden Röntgenkristall Imaging Spectrometer mit Räumliche Auflösung (HIREXSR), eine hohe Wellenlängenauflösung räumlich Röntgenspektrometer Bildgebung verwendet Wasserstoff- und Helium-ähnliche Ionen mittlerer Ordnungszahl Elemente in einem Tokamak zu sehen Plasma. Darüber hinaus umfasst das Manuskript einen Laser Abblassystem, die solche Ionen einführenan das Plasma mit präzisem Timing für störungstheoretische Studien von Transport im Plasma zu ermöglichen.

Einleitung

Röntgenspektren eine Fülle von Informationen über Hochtemperaturplasmen bereitzustellen; zum Beispiel Elektronentemperatur und Dichte kann aus der Leitung Intensitätsverhältnisse abgeleitet werden. Durch die Verwendung eines Spektrometers Johann Betrachtung des Plasmas außeraxialen ist es möglich , Profile der Plasmaparameter zu konstruieren , wie Dichte, Temperatur und Geschwindigkeit innerhalb des Plasmas mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung ^1,2. Dieses Manuskript stellt den Betrieb des hochauflösenden Röntgenkristall Imaging Spectrometer mit Räumliche Auflösung (HIREXSR), eine hohe Wellenlängenauflösung räumlich Röntgenspektrometer Bildgebung verwendet Wasserstoff- und Helium-ähnliche Ionen mittlerer Ordnungszahl Elemente in einem Tokamak zu sehen Plasma.

HIREXSR auf Alcator C-Mod im Einsatz, ein Tokamak-Fusionsgerät mit einem größeren und kleineren Radius von 0,67 m und 0,22 m jeweils. Es arbeitet typischerweise mit Deuterium Plasmen ~ 2 sec mit durchschnittlichen Dichten zwischen 0,2 bis 8,0 x 10 ²⁰ m dauerhafte ^-3 und zentrale Elektronentemperaturen zwischen 1-9 keV ^3. Unter diesen Bedingungen werden mit mittlerer bis hoher Z Störelemente hoch ionisiert und im Röntgenbereich strahlen, die Maßnahmen HIREXSR. Benchmarking Atom Code Modellierung von Röntgenspektren von gut diagnostiziert Laborplasmen erhalten ist wichtig , den Einsatz solcher Spektren zu rechtfertigen Plasmaparameter zu bestimmen , wann eine andere unabhängige Diagnose ⁴ nicht verfügbar sind.

Jedes Spektrometer ist für seine gewünschte Verwendung gebaut. Dementsprechend ist eine allgemeine Beschreibung über die Maschine und die damit verbundenen Konzepte notwendig , um voll und ganz diese leistungsstarken Tools ⁵ verstehen. Bragg - Reflexion tritt auf, wenn ein Photon benachbarten Schichten eines Kristalls reflektiert wird und eine Strecke , die ein Vielfaches der Wellenlänge ist. Figur 1 veranschaulicht dieses Phänomen. Dieser Zustand wird durch die Gleichung n & lgr; = 2 d sin θ _b ausgedrückt, wobei n die Reihenfolge der Wieder istflection, λ die Wellenlänge des Photons ist, d der Abstand zwischen benachbarten Schichten des Kristalls und θ _b der Braggsche Winkel ist . Eins - zu - Eins - Entsprechung zwischen λ und θ _b zeigt an, dass alle Photonen an einem bestimmten Punkt der Detektorebene Reise mit der gleichen Wellenlänge. jedoch Absorptions- und Präzision Einschränkungen manifest als Abweichung vom Bragg-Winkel in der Praxis. Dadurch ergibt sich nur ein kleiner Bereich von Winkeln , die erhebliche konstruktive Interferenz erzeugen, durch eine Rocking - Kurve ⁶ dargestellt. Figur 2 ist ein Beispiel für eine Kurve Calcit - Kristall.

HIREXSR ist ein Johann - Spektrometer mit einer sphärisch gebogenen Kristall ^7. Vor der Beschreibung dieser Art von Gerät, eine Diskussion über eine einfachere, Kreis Spektrometer geeignet ist. Diese Einrichtung besteht aus einem gebogenen Kristall, der einfallenden Photonen reflektiert an ihren jeweiligen Bragg-Winkeln zuwehrt eine Reihe von einzelnen Röntgenphotonenzählung Pixeldetektoren. Der Kristall und dem Detektor liegen tangential zu dem Rowland - Kreis, wie in Figur 3 dargestellt. Der Durchmesser des Rowland - Kreises zu dem Krümmungsradius des Kristalls entspricht. Alle Strahlen, die von einem gegebenen Punkt auf dem Umfang auf einen beliebigen Punkt auf dem Kristall haben denselben Einfallswinkel in bezug auf den Kristall selbst.

. Im Falle von HIREXSR eine sphärisch gebogene Kristall ermöglicht räumliche Auflösung in der meridionalen Ebene, dargestellt in Abbildung 4 der meridionalen Fokus f _m definiert ist als: f _m = R _c sin θ _b, wobei R _c ist der Krümmungsradius Kristall. Die sagittale Brennpunkt f _s ist definiert als: f _s = - f _m / cos 2 θ _b. Die räumliche Auflösung des Spektrometers Δ x gegeben istdurch: , Wobei L _cp ist der Abstand zwischen dem Kristall und dem Plasma, und d ist die Höhe des Kristalls. Weil die 2-dimensionalen Abstand der Kristallschichten diskret ist, muss dies berücksichtigt werden, wenn ein Material der Wahl. Da die Detektorflächen planar sind, können sie nur an einem Punkt tangential zu dem Rowland-Kreis sein, was folglich Anlass zu Fehler gibt, da die erfassten Strahlen nicht genau auf die entsprechenden Punkte auf dem Rowland-Kreis landen. Physikalisch manifestiert diese Fehlausrichtung als "Verschmieren" von Photonen spezifischer Energie auf den Detektor. Dieser Johann Fehler ist definiert als , Wobei L die Breite des Kristalls. Wenn der Detektor Pixelbreite & Delta; x _p viel größer als der Johann Fehler, so wird die spektrale Auflösung ist unabhängig davon. Wenn sie einere vergleichbarer Größe, so kann der Gesamtfehler durch angenähert werden . Das Auflösungsvermögen des Kristallspektrometers ist gegeben durch: , woher . Anstelle des Detektors Tangente an einem Punkt auf dem Rowland - Kreis jedoch Platzierung in HIREXSR der Detektor abgewinkelt ist leicht für die spektrale Entfernungsgenauigkeit zu opfern, wie es in 5 gezeigt ist . Diese Fehleranalyse experimentell verifiziert wurde und entspricht der Erwartung ^8.

Es gibt zwei entscheidende Parameter zu berücksichtigen, wenn eine Johann-Spektrometer zu entwerfen. Zuerst bestimmt der Abbildungsbereich, was das Spektrometer beobachtet wird. Zur Untersuchung Plasmen, ist es sehr wünschenswert, den gesamten Querschnitt, um zwischen Linienverschiebungen verursacht durch poloidale und Toroi zu unterscheiden anzuzeigendal Rotation. HIREXSR so angebracht ist, dass es das gesamte Plasma anzeigen kann, und geneigt ist leicht außeraxialen von ~ 8 ° (dargestellt in 6) für genaue Messungen Toroid zu ermöglichen. Zweitens regelt Zeitauflösung die minimale Zeit zwischen den Ereignissen, die das Spektrometer aufzeichnen kann. Für Alcator C-Mod, wünschenswerte Werte unterhalb von 20 msec, kürzer ist als die Energie und die Partikeleinschlusszeiten. Die Röntgen Zählpixel Detektoren , die HIREXSR verwendet eine Zeitauflösung von 6 bis 20 ms oder größer ⁹ unterstützen können. In Tabelle 1 sind alle Modulspezifikationen.

Für perturbative Plasma - Studien wird der Laser blow-off - System auf Alcator C-Mod verwendet , um mehrere Ablationen mit präzisem Timing ¹⁰ liefern. Der Laser ist ein Nd: YAG (Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat), der bei bis zu 10 Hz. Der Laser trifft auf einem ferngesteuerten optischen Zug , wie in 7 gezeigt , die konzentriert und Stierender Strahl an die gewünschte Stelle auf der Folie. Spotgrößen des Lasers müssen gesteuert werden, damit die Injektion nicht das Plasma zu stören. Eine lange Brennweite (1.146 mm) Sammellinse entlang der optischen Achse über einen ferngesteuerten Lineartisch übersetzt abgetragenen Punktgrößen zu ermöglichen, von ~ 0,5 bis 7 mm variieren. Schnelle Strahllenkung wird über einen 2D-piezoelektrischen Spiegel erreicht. Dieses piezoelektrische System ist mit einem RS232 angetriebenen Spiegel montiert-Befestigung. Neben dem Nd: YAG-Laser, ein 633 nm-Diodenlaser verwendet, um den Standort der Haupt (Infrarot) Strahl anzuzeigen. Die Strahlen werden gebildet durch den ersten Spiegel zu kollinear.

Protokoll

1. Auswahl geeigneter Spektrallinien

1. Wählen Sie die entsprechende Emissionslinien, die die Qualität der gewonnenen Daten bestimmen werden . Abbildung 8 zeigt die Edelgasemissionslinien werden auf unterschiedliche Werte für die Elektronentemperatur relevant sein.
   1. Beachten Sie, dass die lonisationszustandes und Linienverhältnisse durch die Konkurrenz der Ionisierung bestimmt werden, Stoßanregung, strahlende Rekombination und dielektrische Rekombination. Diese Prozesse können mit Plasmatemperatur und Dichte variieren. Siehe Abbildung 9 ein Beispiel dieser Variation.
2. Siehe anderen veröffentlichten Arbeiten für die Wellenlängen und relativen Stärken von Emissionslinien von Interesse. In diesem Protokoll verwenden Medium Z He-ähnliche Ionen wie in Reis gekennzeichnet, JE et al. (2015) ^4. Siehe Abbildung 10 für ein Beispiel - Spektrum.
3. Beachten Sie, dass es wichtig ist, Satelliten von Linien außerhalb der Hauptserie zu untersuchen, wie sie zusammenULD mit den Linien ungelöst sein, die gemessen werden. Einige innere Verunreinigungen (Fe, Mo, ​​Ti, etc.) wird immer vorhanden sein aus dem Plasma zugewandte Struktur und Komponenten in Tokamak. Zum Beispiel 11 Abbildung legt nahe , Argon Ly _α1 ist eine bessere Wahl als die _α2 Linie Ly , da diese mit einer Molybdän - Linie überlappt.
4. Für Plasmen in Temperaturbereichen um 0,5-3 keV, erfassen die folgenden Er artigen Linien für das Argon (alle von n = 2 Übergänge): Resonanz (w, 1s ^{2 1} S ₀ - 1s2p ¹ P _1), verboten (z, 1s ^{1 2} S ₀ - 1s2p ³ S _1), und Interkombination (x, 1s ^{2 1} S ₀ - 1s2p ³ P ₂ und y, 1s ^{2 1} S ₀ - 1s2p ³ P _1). Für Argon n = 2 geht, liegt das H-ähnlichen Spektrum zwischen 3,72 Å <λ <3,80 Å und der He-wie spectrum liegt zwischen 3,94 Å <λ <4,00 Å. Siehe Bild 11 und Bild 12 für Plots dieser Spektren.

2. Montage des HIREXSR Hardware

1. Siehe hierzu die entsprechenden veröffentlichten Arbeiten für die Details und Besonderheiten bei der Montage und den Aufbau HIREXSR ^1,2,5. Dieser Abschnitt konzentriert sich auf die wichtigsten und kritischsten Schritte in diesem Verfahren.
2. Berg HIREXSR auf einem der Rennstrecke förmigen Häfen Alcator C-Mod, abgewinkelt für eine 8 ° off-diagonalen Blick zu ermöglichen.
3. Besorgen Sie sich eine kreisförmige (102) -quarz Kristall mit einem 4,56215 Å 2d Abstand, einem Durchmesser von 50 mm und einem 1385 mm Krümmungsradius des H-ähnlichen Spektrum zu sehen.
4. Erhalten, die eine rechteckige (102) -Quarz mit einer 4,56215 Å 2D Abstand, einer Breite von 64 mm und einer Höhe von 27 mm, die He-Spektrum wie zu sehen.
5. Einsetzen und montieren die beiden Kristalle innerhalb des Gehäuses von HIREXSR durch das Spektrometer des Gehäuses durch den Zugriff aufdie Klappe auf ihrer Seite. Siehe Abbildung 13 für deren Anordnung.
6. Durch die gleiche Schraffur, Bolzen, die vier Detektoren auf den benannten beweglichen Halterungen im Spektrometer Körper, einen Detektor für den H-ähnlichen Spektrum, und die anderen drei für die He-Spektrum wie reservieren. Diese Anordnung ist in Abbildung 14 veranschaulicht.
7. Positionieren der Halterungen 125 cm entfernt von den Kristallen , so dass die Linie von der Mitte der Kristalle zu derjenigen der Detektoren einen Winkel θ _b / 2 mit der Linie von der Mitte des Rowland - Kreises zu der Mitte des Kristalls, wo θ _b ist der Bragg - Winkel von der Mitte des Spektrums gemessen wird. Siehe Abbildung 5.
   1. Man beachte , daß für Argon, das H artigen Kristall verwendet , um Ergebnisse in θ _b = 55,5 °, und der He artigen Kristall verwendet , um Ergebnisse in θ _b = 60,5 °.
8. Winkel die Detektoren die passenmodifizierte Anordnung in Abbildung 5 veranschaulicht.
   1. Man beachte, dass die genaue Ausrichtung der Detektoren ist nicht wichtig, da die erfassten Daten werden während der Versuchsdurchlauf mit einer bekannten Quelle kalibriert werden.
9. Separate HIREXSR der Heliumatmosphäre aus dem Tokamak-Vakuum, das durch eine 0,001 "dick und 4" Durchmesser Berylliumfensters installieren. Siehe Abbildung 13 für das Layout.
10. Installieren Sie ein 10 "Absperrschieber zwischen dem Fenster und Reaktor gegen Ausfall des Beryllium-Fenster zu schützen.
    1. Beachten Sie, dass der Absperrschieber geschlossen werden, wenn der lokale Druck steigt über 10 mTorr Schäden am Spektrometer und Tokamak zu vermeiden.
11. Siehe Abbildung 6 und Abbildung 15 für top-down und Seitenansichten, die jeweils von HIREXSR und Alcator C-Mod, zusammen mit relativen Abstände der Detektoren und Kristalle sowie zwischen dem Spektrometer und Tokamak.

3. Einrichten des Laser-Blow-off (LBO) System

1. Siehe hierzu die entsprechenden veröffentlichten Arbeiten für die Details und Besonderheiten auf den Bau des Lasers Abblasen Vorrichtung ^10.
2. Um Kalzium, nehmen Sie ein 2 um _CaF2 Schlitten mit 100 Å Chrom (zur Hilfe bei der Laserabsorption im Material) und legen Sie die Folie in der Laser-blow-off - System injizieren. Da dieser Zugang in den Reaktor C-Mod erfordert, dies zu tun, bevor der Betrieb für den Tag zu beginnen.
3. Ändern Sie auf Kanal 14 auf Alcator C-Mod Closed-Circuit-Kabel-TV-System ein Schwarz-Weiß-CCD-Kamera zu sehen, die den Schlitten Uhren. Die 633 nm Diodenlaser Stelle sollte auf der Folie sichtbar sein.

4. Ausführen eines Plasma-Experiment

1. Zu Beginn des Laufs Tag, starten Sie das Skript, das Daten aus den Röntgenzählung Pixeldetektoren für jede Versuchslauf oder "Schuss" sammeln und speichern. Dies wird in plac auf dem spezifischen Detektor-Setup abhängige. Die Schritte, die spezifisch für HIREXSR werden hier vorgestellt.
   1. Von einer Workstation in der C-Mod Kontrollraum, bringen Sie ein Kommandozeilen-Endgerät auf.
   2. Eine Verbindung mit einem Detektor der Ferne von "ssh -X det @ dec0xx" eingeben, wobei xx 07-10 reicht.
   3. Wechseln Sie das Verzeichnis durch Eingabe von "cd p2_1mod"
   4. Führen Sie den Befehl "runtvx". Dadurch wird ein Fenster, das mit Text Lawinen wird.
   5. Sobald der Text stoppt, drücken Sie zweimal eingeben. Das Startskript wird die Framerate auf 50 Hz und Schwellenenergie auf ~ 2 keV eingestellt. Eine weitere Lawine von Text wird passieren, und die Detektoren wird Kalibrieren beginnen.
   6. Warten Sie, bis all dies endet, und geben Sie "exit" im Fenster.
   7. Wiederholen Sie dies für jeden Detektor 07-10.
2. Im Laufe des Tages aufrechtzuerhalten, einer Heliumatmosphäre in HIREXSR geringfügig über der Umgebungstemperatur, indem kontinuierlich das Gas in das Gehäuse für die Dauer der Operation zu pumpen. Dies reduziert atmosphärischen Röntgen attenwertung und thermische Ausdehnung des Kristalls.
3. Arbeiten Sie mit Vor-Ort-Engineering Personal, um sicherzustellen, das Plasma der Plasmaparameter während der bevorstehenden Schuss gewünscht erreicht. Wenn die Parameter von Schuss zu Schuss zu ändern sind, kommunizieren diese an die technischen Mitarbeiter zwischen jedem Schuss.
   1. Zusätzlich irgendwann während der Lauf Tag, fordern Sie eine "Locked-Modus" Schuss aus dem Engineering-Mitarbeiter für die Kalibrierung von diesem Tag genommen Daten. Siehe Reinke et al. 2012 ¹ für eine Erklärung der verriegelten Modi und wie sie für die Kalibrierung verwendet werden.
4. Für störungstheoretische Studien zum Transport: Vor jedem Schuss Programm der Laser blow-off - System die gewünschte Konzentration an nicht-Recycling Verunreinigungen _(CaF2, Sc, etc.) in das Plasma zu gewünschten Zeiten zu injizieren.
   1. Entscheiden auf einer Laserpunktgröße, die die Menge an Material von der Folie ablatiert steuert. Aus operativer Erfahrung in Alcator C-Mod, rund 10% des abgetragenen paarenrial macht es in den Plasmakern während Kleinleistungsbetrieb ^10. Typische Punktgrößen im Bereich von 0,5 bis 3,5 mm.
   2. Bestimmen Sie die gewünschten Abblasen Timings, halten die maximal 10 Hz Betriebsgeschwindigkeit im Auge behalten.
   3. Geben Sie die gewünschte Punktgröße und Timings auf den Laser Abblasen Systemsteuerung GUI. Zum Beispiel kann die Transport Studie von Rice et al. 2013 ¹¹ variiert , um die Spotgrößen von 0,5 bis 3,5 mm und Injektionen hatten alle 300 ms.
5. Bei allen Untersuchungen ist: Stellen Sie das Gasventil zu paffen Argon in das Plasma 0,3 Sekunden nach dem Plasma beginnt. Der Puff sollte etwa 0,1 s und erhöhen die Argon Dichte auf etwa 10 ^-4 mal die Elektronendichte dauern.
6. Verwenden Sie dwscope Live-Diagnosedaten während der Lauf Tag für Systeme zu betrachten MDSplus, wie C-Mod.
   1. Von einer Workstation im Tokamak Kontrollraum, offene dwscope aus dem Anwendungsmenü
   2. Erhalten Sie einen oder mehrere Rahmen Dateien mit den entsprechenden Diagnose von anoth gezeigtmit dem MDSplus Baum Command Language (Fortgeschrittene) er Benutzer oder benutzerdefinierte zu schaffen.
   3. Klicken Sie auf "Anpassen | Verwenden gespeicherten Einstellungen ..." und wählen Sie einen Bereich Datei, um sie zu laden. Ein nützliches Beispiel Umfang, plasma_n_rot_z.dat, 16 mit dem dwscope GUI in Abbildung gezeigt.
   4. Lassen Sie das Textfeld in der unteren Leiste leer und die Daten werden aus der letzten Schuss geladen werden.
   5. Falls gewünscht, geben Sie eine Schussnummer und klicken Sie auf "Übernehmen" Daten aus einem bestimmten Schuss zu laden.
7. Informieren Sie die Engineering-Operatoren, die alle Vorbereitungen für den bevorstehenden Schuss abgeschlossen sind und dass sie gehen können, das Plasma zu zünden.
8. Warten für die Betreiber des Plasmas und dafür zu initiieren zu beenden. In Alcator C-Mod, dauern die Initiationsprozess etwa 3 min und das Plasma wird für weniger als 10 Sekunden brennen.
   1. Wenn der Laser Abblassystem verwenden, bestätigen visuell Dia-Ablation über die Kamera-Ansicht des Schiebers (siehe Abschnitt 3).
9. Warten Sie auf den Tokamak zu kühlen, um auf den nächsten Schuss zu gelangen. In Alcator C-Mod wird dieser Prozess 10 bis 15 min dauern.
   1. Nutzen Sie diese Zeit alle Änderungen an der experimentellen zu machen einzurichten und diesen den Betreibern so können sie nachträglich aufgebracht werden, falls gewünscht.
10. Beachten Sie, dass, wenn Änderungen an der Hardware gewünscht werden, sollten die Forscher an die Betreiber eine "Zelle Zugang" beantragen, während der sie die Tokamak öffnen und andere Sicherheitseinrichtungen lösen, damit die Menschen Alcator C-Mod Umgebung zu betreten. Ansonsten ist uneingeschränkten Zugriff zur Verfügung vor und nach dem Lauf Tag. Schutzhelme sollte immer getragen werden, wenn in der Nähe des Reaktors arbeiten.
11. Verwenden Sie dwscope nach wie vor alle gewünschten Plasmadiagnostik nach dem Lauf Tag geschlossen hat, zu überprüfen.
    1. Beachten Sie, dass Daten können auch programmatisch durch verschiedene MDSplus APIs für verschiedene Sprachen zur Verfügung.

5. Kalibrierung vonHIREXSR Locked-Modus Daten THACO Verwendung

1. Verwenden Sie die HIREXSR Analysecode (THACO) HIREXSR Daten zu invertieren, die ^Line-12 integriert ist. Referenz und detaillierte Aufschlüsselung für alle diese Schritte können online in der nicht THACO Manual auf der Online-Bibliothek MIT Plasma Science and Fusion Center (PSFC) gefunden werden. In diesem Abschnitt wird die erstmalige Einrichtung und Einführung von THACO, durch den Kalibrierungsprozess gefolgt.
2. Folgen Sie den Anweisungen auf dem Alcator C-Mod Wiki-Seite für THACO einzurichten THACO für die erstmalige Verwendung auf einer Maschine mit dem PSFC Netzwerk verbunden sind. Sie können auch Schreibzugriff auf den SPEKTROGRAPHISCHE Baum aus dem Netzwerk-Administrator anfordern müssen.
3. Geben Sie 'IDL' in eine Befehlszeile aus der IDL-Kommandozeilen-Schnittstelle zu starten.
4. Von IDL Feld "@ thaco.bat 'THACO zu starten.
5. Identifizieren eines gesperrten Modus zum Kalibrieren der Daten verwendet werden.
   1. Öffnen Sie einen Webbrowser und navigieren Sie zu dem PSFC Logbuch.
   2. Drücke den " benutzerdefinierte Abfrage ", um eine Suchseite aufzurufen.
   3. In der benutzerdefinierten Abfrage Textbox, geben Sie "SHOT LIKE '1yymmdd %%%' und '% gesperrten Modus%' Text wie", wo yymmdd ist das Jahr / Monat / Tag des Laufes Tag, Log-Einträge enthält den Text zu bringen gesperrt Modus.
   4. Bestimmen Sie die Aufnahmenummer des gesperrten Modus aus den Log-Einträgen, und notieren Sie den gesperrten Modus Start- / Endzeiten.
   5. Beachten Sie, dass eine gesperrte Modus Basislinie, die für alle Diagnose nicht unbedingt erforderlich ist, wie solcher , die Linienverhältnisse wie die Bestimmung der Elektronentemperatur ^13, jedoch wird dringend empfohlen , da der Bragg - Winkel von Tag zu Tag verschieben kann aufgrund der Kristallgitter erweitert / ¹⁴ Vertrags .
6. Im THACO GUI, geben Sie den gesperrten Modus Aufnahmenummer in das Textfeld "(ACTIVE) SHOT", und drücken Sie die Eingabetaste.
7. Drücken Sie die Taste "LAUNCH W_HIREXSR_CALIB" und starten Sie die Kalibrierung Widget.
   1. Im Fenster thbei erscheint, stellen Sie sicher, dass das Feld mit der Bezeichnung "SHOT", um den gesperrten Modus Aufnahmenummer enthält, und notieren Sie die Nummer in "Modul". Drücken Sie nach Änderungen an einem beliebigen Feld vorgenommen werden.
   2. Klicken Sie auf die Schaltfläche "Laden" im oberen Drittel des Fensters und warten auf Daten geladen werden.
   3. Klicken Sie auf "LOAD" im mittleren Drittel des Fensters und warten auf weitere Daten geladen werden.
   4. Wenn die Daten erfolgreich geladen ist und die Passform Ellipsen gut aussehen, wiederholen Sie den Kalibrierungsschritt mit einer anderen Zahl im "Modul" Feld (1-4), da der gesperrten Modus Schuss bereits kalibriert wurde.
   5. Wenn alle Module (1-4) bereits kalibriert wurde, überspringen Sie den Rest der Kalibrierung und Detektor Ausrichtungsschritte, da der Schuss bereits kalibriert wurde, und gehen Sie direkt zu Abschnitt 6.
8. Beginnen spektralen Anpassung durch die entsprechende Option in der oberen rechten Ecke des Fensters auswählen. Nur H-like und He-wie Ar und CA-Spektren einsind momentan aus der Box unterstützt.
   1. Stellen Sie die "t1 =" und "t2 =" Felder in den gesperrten Modus Start- / Endzeiten jeweils die im Logbuch erwähnt werden.
   2. Bewegen Sie den "FIT LOW" und "FIT HIGH" Schieber, bis die Region fit, durch gestrichelte weiße Linien auf dem Spektrum überlagert in der oberen linken Ecke, enthält nur die Region, in der die Spektrallinien von Interesse sichtbar aufgelöst werden.
   3. Klicken Sie auf die "FIT / SAVE SPECTRA" Knopf und warten Sie auf den Anpassungsprozess zu beenden.
   4. Sobald der Anpassungsprozess abgeschlossen ist, verwendet, um die "SPEC" Schieberegler oder die Pfeile links / rechts neben ihm im mittleren Drittel der GUI, um visuell alle der spektralen fits inspizieren.
   5. Entfernen Sie alle schlecht oder Ausreißer passt durch die "BAD" Checkbox neben dem "SPEC" -Regler. Verweisen Sie auf die in Schritt 1.3 für den Vergleich mit bekannten Spektren gefunden funktioniert. Zum Beispiel wird er artigen Ca - Spektren ähneln 10.
9. Beginnen Ellipse Anpassung durch die gewünschte Zeilenauswahl (w, x, y, z) von der unteren Drittel der GUI.
   1. Klicken Sie auf die "FIT ELLIPSES" Knopf und warten Sie auf Ellipsen Anpassung an die spektralen passt zu sein.
   2. Verschieben Sie die "LOW", "hoch" und "OUTL" Schieber, bis die Ellipse passt passen optisch die Spektren. Die Ellipsen sind fit mit einer nicht-linearen Methode der kleinsten Quadrate MPFIT ^15, die finicky sein kann.
   3. Klicken Sie auf die "SAVE ELLIPSES" -Taste, wenn Sie fertig, und wiederholen Sie den Vorgang mit dem nächsten gewünschten Linie.
   4. Wenn alle Linien sehr fit sind, ändern Sie das "Modul" zu einem anderen Modul (1-4), die noch ein und drücken Sie nicht eingeben kalibriert, und gehen wieder von Schritt 5.7.1.
   5. Wenn alle Module kalibriert wurden, klicken Sie auf die Schaltfläche "Beenden" (nicht die 'x'), um das Widget zu schließen.
10. Drücken Sie die Taste "LAUNCH W_HIREXSR_DET_ALIGN", um den Detektor Ausrichtung Widget starten.
    1. In der "SHOT" Feld, geben Sie die Schusszahl von einer aktuellen Modus bekannt gesperrt, die bereits kalibriert wurde und drücken Sie die Eingabetaste. Beachten Sie die "MODUL" ein.
    2. Klicken Sie auf die Schaltfläche "Laden" und warten, bis die Daten laden zu.
    3. In der unteren linken Ecke, notieren Sie alle Schieber Werte in der "MELDER POSITION" Panel.
    4. In der "SHOT" geben Sie die Schusszahl der gesperrten Modus kalibriert wird und drücken Sie die Eingabetaste.
    5. Klicken Sie auf die Schaltfläche "Laden" und warten, bis die Daten laden zu.
    6. Geben Sie die Werte geschrieben früher nach unten in den "MELDER POSITION" Panel, geben Sie drücken Sie nach jeder Änderung.
    7. Ändern Sie die Werte in der "MELDER POSITION" Panel, entweder durch die Schieber oder durch manuelle Werte in die Textfelder ändern, bis alle oder die meisten der Kreisabweichungen innerhalb der grünen Balken liegen.
    8. Ändern Sie den "Modul" Feld zu einem Modul (1-4), die noch und p nicht ausgerichtet wurderesse eingeben. Gehen Sie dann von Schritt 5.10.1.
    9. Wenn alle Module ausgerichtet worden sind, klicken Sie auf die Schaltfläche "Beenden" (nicht die 'x'), um das Widget zu schließen.
    10. Die Kalibrierung ist nun abgeschlossen; gehen Sie zu Abschnitt 6 mit dem gesperrten Modus gedreht.

6. Erweiterte Analyse von Daten mit Hilfe von HIREXSR THACO

1. Verwenden Sie die HIREXSR Analysecode (THACO) HIREXSR Daten zu invertieren, die ^Line-11 integriert ist. Referenz und detaillierte Aufschlüsselung für alle diese Schritte können online in der nicht THACO Manual auf der Online-Bibliothek MIT Plasma Science and Fusion Center (PSFC) gefunden werden. In diesem Abschnitt wird die aktuelle Inversionsverfahren Profildaten anzuzeigen.
2. Bestimmen Sie die Schusszahl für den Schuss von Interesse.
3. Von der THACO GUI, setzen Sie das Feld "(ACTIVE) SHOT" auf die Schusszahl, und drücken Sie die Eingabetaste. Die GUI sollte die Änderung des Protokolls auf dem Boden erkennen.
4. Wählen Sie die Spektrallinie von Interesse, setzen Sie das Feld &# 34;. LINE "auf die Zeilennummer von Interesse für Argon, wird dies in der Regel 2 sein für die He-wie z Linie, und 3 für die H-wie lya1 Linie.
   1. Klicken Sie auf "LISTE THACO Zeilennummern" verfügbar alle Zeilennummern aufzulisten.
5. Klicken Sie auf das "BINNING" Tab im oberen Teil der GUI.
   1. Klicken Sie auf "CHECK THT Verfügbarkeit" THACO Baum (THT) Verfügbarkeit zu überprüfen. Der untere Teil der GUI sollten alle verfügbaren THACO Bäume anmelden.
   2. Setzen Sie das Feld "neue THACO Baum (THT) Nummer" auf die erste Nummer nicht in der Verfügbarkeit aufgelistet.
   3. Klicken Sie auf die Schaltfläche "Erstellen" eine neue THT so vorherigen Analyse zu erstellen nicht überschrieben wird.
   4. Klicken Sie auf "CHECK THT VERFÜGBARKEIT" wieder die Liste der verfügbaren THT zu aktualisieren.
   5. Ändern Sie den "THT" Feld neben dem "(ACTIVE) SHOT" Feld auf die neu THT-Nummer erstellt, und drücken Sie die Eingabetaste. Die GUI-Protokoll sollte diese Aktion bestätigen.
6. wenn ter aktuelle Schuss ist kein gesperrten Modus, klicken Sie auf den "CALIB" Tab im oberen Teil der GUI.
   1. Ändern Sie den "Kalibrierdaten Shot" in den gesperrten Modus werden verwendet, um die Daten zu kalibrieren.
   2. Drücken Sie die Schaltfläche "Kopieren" über die Kalibrierung zu kopieren.
7. Klicken Sie auf die "BINNING" Tab wieder.
   1. Wenden Sie sich an THACO Handbuch für Anweisungen zur benutzerdefinierten Binnings machen.
   2. So kopieren Sie von einer früheren Analyse Binning, geben Sie den Schuss / THT in ihren jeweiligen Bereichen (drücken Sie nach jeder Änderung eingeben) in der Platte mit der Schaltfläche "Kopieren".
   3. Kopieren Sie den Binning: Wählen Sie "BRANCH A" und klicken Sie auf "COPY", und wählen Sie dann "BRANCH B" und klicken Sie auf "COPY" wieder.
8. Klicken Sie auf die "PROFILE" Tab im oberen Teil der GUI.
   1. Wenden Sie sich an THACO Handbuch für Anweisungen, wie die erweiterten Funktionen, die in diesem Abschnitt zu verwenden.
   2. Andernfalls geben Sie den Schuss / THT froma vorherigen Analyse in ihren jeweiligen Bereichen (drücken Sie nach jeder Änderung eingeben) im oberen Bereich.
   3. Klicken Sie auf die "LOAD RHO" -Taste, gefolgt von der "LOAD GUT" Taste.
9. Klicken Sie auf die "RUN THACO" -Taste, und THACO die Inversionsverfahren beginnen. Dies kann ein paar Minuten dauern.
10. Beachten Sie, dass THACO tatsächlich während dieses Prozesses durch eine Reihe von unabhängigen Schritte gehen: eine Multi-Gaussian Sitz auf den Spektren Laufmomente der verschiedenen Linien zu berechnen, die Momente unter Verwendung linienintegrierte Profildaten zu berechnen, dann die Leitung integrierten Daten Invertieren durch eine Methode der kleinsten Quadrate. Zwischenergebnisse aus diesen Schritten, nützlich für die Fehlersuche, können in den Momenten, und Profile Widgets finden. Interessierte Anwender werden ermutigt, für weitere Informationen zu diesen Schritten durch die THACO manuell zu suchen und wie diese Widgets für eine feinere Kontrolle über die Inversionsverfahren zu verwenden.
11. Sobald die Inversionsverfahren finishes aus den "PROFILE" Tab klicken Sie auf "LAUNCH_W_HIREXSR_PROFILES", inspizieren, um visuell die Profile.
    1. Drücken Sie die Schaltfläche "Laden" in der "Baum-I / O" Platte am Boden und warten, bis die Daten zu laden.
    2. Wenn der automatisierte Prozess fehlschlägt, finden "DO Inversionen" und klicken Sie auf "ALL", um schnell alle Umkehrungen wiederholen.
    3. inspizieren Sie manuell die invertierten Profile auf der rechten Seite durch die "TIME" Regler am unteren Rand mit Frames zu ändern.
    4. Wenn es irgendwelche invertierten Profile, die sich als falsch erscheinen (zB negativen Temperaturen, unphysikalischen Gradienten in Richtung der Kante, etc.), verwenden Sie die Tasten - / + neben "CH #" auf Ausreißer Kanäle auf der linken Seite aus, und deaktivieren Sie die "GUT" Option, um sie aus dem Inversionsschritt zu entfernen.
       1. Beachten Sie, dass die Emissionen zum Rand hin schwächer in der Regel so Unsicherheit ist höher; jedoch sollte die Temperatur invertierte gehen noch zu einem kleinen (nicht notwendigerweise) zero Wert am Rand.
    5. Finden "DO Inversionen" und klicken Sie auf "CURRENT" das Profil für den aktuellen Rahmen zu invertieren. Wiederholen Sie das Entfernen von Ausreißern bis das invertierte Profil richtig zu sein scheint.
    6. Drücken Sie auf "Speichern", nachdem die Daten zufriedenstellend zu sein scheint.
    7. Verwenden Sie die Profile-Widget, die Daten zu überprüfen.
12. Falls gewünscht, klicken Sie auf "LAUNCH W_HIREXSR_COMPARE" in der "Vergleichen" Registerkarte Profile aus verschiedenen Spektrallinien konstruiert zu vergleichen. Ein häufiges Szenario, wo dies nützlich ist, wenn der Plasma-Kerntemperatur für Argon H-ähnlichen Emission heiß genug wird, die Er-ähnliche Emission zu überholen.
13. Beachten Sie, dass Daten können auch programmatisch durch verschiedene MDSplus APIs für verschiedene Sprachen zur Verfügung. Beachten Sie die THACO Handbuch für die entsprechenden Pfade.

Ergebnisse

Eine repräsentative Datenprobe aus dem Pixeldetektor für einen Zeit bin für das He-Spektrum wie Argon in 17 gezeigt ist. Die Spektrallinien, gebogen in eine elliptische Form , die durch den kugelförmigen Kristall, sind deutlich sichtbar. Der obere Detektor hat eine gebrochene Detektor-Panel, und es gibt einige tote Pixel über alle Detektoren verstreut. Die Daten aus dem zerbrochenen Detektor-Panel sollte ignoriert werden. Scheiben von dem Detektor die gemessenen Spe...

Diskussion

Die Daten, die durch diese Technik erzeugt wird, kann in einer breiten Vielzahl von experimentellen Untersuchungen verwendet werden. Ion Temperatur und toroidale Geschwindigkeitsprofile können in einer breiten Palette von Transportstudien verwendet werden, einschließlich Eigenselbsterzeugten Plasmarotation und nicht-lokale perturbative Effekte. Messspektren von injizierten Verunreinigungen durch Laser Abblasen kann auch wichtige Informationen über den Transport von Verunreinigungen im Plasma zur Verfügung stellen, w...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
PILATUS 100k Detector System	DECTRIS	100k	Superseded by newer PILATUS3 detectors
Bragg Crystals	Kurchaov Institute	Custom Part
CaF2 Slides	LeBow	Custom Part
High Purity Argon	Airgas	AR HP300	Any high purity argon should work
Be window	Brush Wellman Electrofusion Products / Motion Hightech	Custom part