Экспериментальные методы исследования плазмы. Часть 2.
Лекция 9.
Метод резонансной флюоресценции. Заключение по оптическим диагностикам.
И.А.Иванов - 2011
Резонансная флюоресценция
L 
При L 0
Если L 0
max 2 gi
4 gk
рэлеевское рассеяние |
|
Сечение рэлеевского рассеяния |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
резонансная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|||||||
|
флюоресценция |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( L ) T |
|
|
|
f jk L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j,k |
0 jk L 2i L |
|
|
|
||
( ) |
c2 Ajk |
|
|
gi |
|
|
; |
|
d 1 |
|
|
g – стат.вес |
|
|
|
|||||
8 2 |
gk |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Is Jl |
2 Ajk |
|
|
gi |
1 |
; |
где |
max{ 0 , L} |
|
|
|
|||||||||
|
8 |
|
|
gk |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
[Вт] [Вт/см2] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Для линии L 121.6 нм |
|
|
max 2 |
14 |
T |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|||
Для линии H 656.3 нм |
|
max 3 |
15 |
T |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|||
В реальной плазме из-за уширения линий максимальное сечение снижается
Необходимая мощность накачки
2
I |
B12 |
|
I |
B21 |
A21 |
I |
||
|
|
|||||||
|
|
|
||||||
c |
|
c |
|
|
c |
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
||
для стационарного состояния:
B12n1 |
I |
B21n2 |
A21n2 |
n |
n |
I B |
||
|
|
12 |
||||||
c |
||||||||
|
cA21 |
|||||||
|
|
|
2 |
1 I B21 |
||||
Интенсивность насыщения накачки:
|
|
A c |
|
8 h 3 |
|
g |
|
|
|
|
|
|
||||
I |
|
21 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
n n n |
|||||
B21 |
c |
2 |
|
g1 g2 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
g2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n2 n0 |
|
|
|
|
|
I |
|
~ n A ~ n |
g |
2 |
|
A |
|||
|
g1 g2 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
fl |
2 21 0 g g |
21 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
не зависит от интенсивности лазера!
I |
|
|
|
g |
|
8 hc2 |
|
|
g 1.5 1021 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
5 |
|
|
1 |
|
5 |
|
|
[Вт/см2,Å] |
|
|||
|
g |
g |
2 |
g |
g |
2 |
|
|
|||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Для = 5000 ангстрем |
|
|
|
I |
500 |
g1 |
|
[Вт/см |
,Å] |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|||||||||
g1 g2
Геометрия и величина сигнала
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V – объём плазмы, V – видимый объём возбуждения |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nk' |
- исходная заселённость уровня |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Без лазера: |
|
I V A |
jk |
h |
n |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
0 k |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Добавка: |
|
|
|
I V A |
jk |
h |
0 |
(n n ) |
|
||||||||||||||||||
n n n n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
k |
|
k |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
j k |
j |
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nk |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
обычно |
1 |
||||||||||
Относительное увеличение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nk |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
g |
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В области насыщения накачки: |
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
- при равновесии поглощения |
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
g j |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nj |
|
|
|
|
и вынужденного излучения |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g |
j |
|
|
|
|
h |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nk |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Заселённости при ЛТР: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g |
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
exp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j |
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
gi |
|
|
|
h |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
exp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
nk |
|
|
gk |
|
|
Te |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- применимо для переходов с h 0 >Te |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
gi |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
n |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
k |
|
|
gk |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примеры реализации методики РФ
1.Концентрация нейтрального водорода в плазме (токамак ФТ-1, ФТИ им. Иоффе)
два одинаковых детектора, схема вычитания сигнала измерение линии H переход 3 2
n3 ~ 105 см-3, n2 ~ 5·108 см-3, ne ~ 1013 см-3
2. Примеси вблизи стенок и диверторных пластин
Iф |
n ~ 2·108 см-3, |
vнапр ~ 3·105 см/с
z
3.Температура нейтралов
Токамак DIII-D, по линии D , возбуждение всего контура линии лазера > допл.
4.Комбинированные системы пучок-плазма
Пространственное разрешение диагностик
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1.Усреднение по лучу зрения (напр.: спектроскопия, интерферометрия).
2.Многохордовые измерения (напр.: фотография, преобразование Абеля).
3.Томографические измерения (напр.: рентгеновская томография).
4.Рассеяние (напр.: томсоновское рассеяние, BES).
5.Локализованные измерения (напр.: циклотронное излучение, рефлектометрия).
Иногда возникает ситуация, когда по физике в установке есть локализация лучше, чем предполагает схема измерений. Например, если какая-либо линия светит из точно локализованной области, то можно применять и схему 1.
Токамак Alcator C-mod – «змейка»
Просто красивая картинка.
«Змейка» - доказательство существования «магнитных островов» в плазме.
Рентгеновская многохордовая камера.
В область предполагаемого «магнитного острова» встреливается крупинка вещества с большим Z ярко излучают области, где есть примеси.
Токамак MAST – фото структуры ELM
В токамаках в лучших режимах наблюдается неустойчивость, локализованная на краю (ELM). Проявляется как нерегулярные выбросы энергии из плазмы в область дивертора. Обнаружена нитевидная структура, которая в модели Cowley-Wilson идентифицирована как нелинейные баллонные моды.
D |
|
момент съёмки |
|
моделирование структуры с q=4, n=10
t(s)
Токамак TEXTOR – томография примесей
5 cameras |
Ultra-soft |
cover full |
X-ray |
plasma |
Tomography |
C VI, 3.37 nm |
Ne IX, 1.35 nm |
Ne X, 1.21 nm |
