用于负离子源 SPIDER 的微波干涉仪的数值与实验研究
等离子体物理
2023-03-29 v1
摘要
在运行用于聚变反应堆的负离子源时，靠近提取栅格的电子密度与同轴提取的电子是一个关键问题。等离子体膨胀区中过高的电子密度确实会抑制负离子产生，并将潜在有害的电子引入加速器。在针对 SPIDER 升级所提出的等离子体与束流诊断集合中，正探索一种 100 GHz 的外差微波（mw）干涉仪作为测量等离子体提取区电子密度的一种可能手段。在 SPIDER 中应用该技术的主要问题是探测微波束穿过源金属壁的可达性差，以及微波模块应位于真空容器外 4 m 的长距离。全尺寸几何中的数值研究表明，透过等离子体源孔径传输的功率足以满足微波模块的灵敏度。随后进行了该装置原理的实验验证。该微波系统在模拟 SPIDER 视口可达性约束（包括存在类 SPIDER 等离子体）的实验全尺寸测试台上进行了测试。首次测试结果表明，尽管存在几何约束，在某些条件下电子密度测量是可行的。主要问题源于将单程信号与由微波束反射产生的杂散多径去耦合，这需要信号互相关分析。这些初步测试表明，尽管微波模块间距 4 m 且存在金属壁，当具备 80 毫米直径端口时等离子体密度测量是可能的。在本工作中，我们讨论数值模拟、初步实验测试，并建议对干涉装置进行设计升级以增强信号传输。
引用
@article{arxiv.2302.14424,
title = {Numerical and experimental investigations of a microwave interferometer for the negative ion source SPIDER},
author = {R. Agnello and R. Cavazzana and I. Furno and R. Jacquier and R. Pasqualotto and E. Sartori and G. Serianni},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.14424},
year = {2023}
}