Перерыв
Эффект Зеемана
В магнитном поле происходит снятие вырождения (расщепление) атомных уровней. Каждый уровень расщепляется на n = 2J+1 состояний, соответствующих магнитному квантовому числу M = -J…J
Разрешённые оптические переходы определяются правилами отбора: L= ±1
|
|
|
|
|
|
|
[сгс] |
|
|
|
|
|
|
|
- фактор Ланде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
b = 0.93·10-20 эрг/Гс |
|
|
|
- магнетон Бора |
||
(M 2 g2 M1g1 ) 2 |
4.668 10 14 B |
[нм, Гс] |
|||||
const 2 B |
|
/ const B |
|
||||
M = 0 – -компоненты излучения, M = ±1 – -компоненты излучения
Нормальный (простой) эффект Зеемана при S=0 (g=1)
наблюдается для атома водорода в сильном магнитном поле линия расщепляется на 3 компонента излучения (1 и 2 )
Диагностика локального магнитного поля
ДФС-24 |
ФЭУ-84 |
окно с поляризаторами |
|
|
|
CC |
10 |
|
D |
|
Расщепление дублета Na I
σ
π
ГОЛ-3
Свечение линии Н холодная плазма ● горячая плазма
D |
D + H |
|
|
|
|
|
|
|
дейтерий 656.1, водород 656.28
π - измерение σ - расчет σ - измерение
655.6 |
655.8 |
656.0 |
656.2 |
656.4 |
, нм |
Турбулентное уширение линий
Реальные и расчётные поля |
типичные турбулентные поля: |
|
при 1- квазистатическое приближение. |
|
Ионно-звуковые и пр. типы волн. |
|
Ширина и форма линии определяется |
|
распределением вероятности полей |
|
турбулентности W(E), которое можно найти по |
|
форме контура линии. |
линия |
H |
H |
H |
He II |
Характерная ширина линии: |
(нм) |
656.3 |
434.1 |
410.2 |
468.6 |
( 0 )E |
|
|
|
|
|
|
(нм·см/кВ) |
0.018 |
0.025 |
0.033 |
0.05 |
для 10 кВ/см H ~ 0.18 нм |
Сателлиты запрещённых линий
l+1 
l
A
F
l0=l±1
h
F
FS NS
Пусть F – запрещённый переход. При наличии высоко- частотной турбулентности вблизи запрещённой линии появляются сателлиты по схеме ( – частота волны)
NS и FS – «ближний» и «дальний» сателлиты.
Спектр
I |
A |
F |
|
NS FS
Отношение интенсивностей сателлитов к |
|
S |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
E2p Rll |
|
|
|
||||
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
/ h p |
2 |
|
|
||||
интенсивности разрешённой линии: |
|
|
|
|
|
|
|
6me e |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
безразмерная характеристика перехода. |
|||||||||||||||||||
ll |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В достаточно плотной плазме есть излучение и |
|
|
|
S |
|
|
1 |
|
E2p |
|
|
2 |
|
|
|
|||||
запрещённой линии F из-за хольцмарковского поля EH |
|
SF |
|
|
|
2 |
|
EH2 |
|
|
( h p )2 |
|
||||||||
Внутрирезонаторная спектроскопия
Схема диагностики |
(ВРЛС) |
|
активная среда |
плазма |
детектор |
зеркала резонатора лазера
Пример реализации (ГОЛ-М, ИЯФ)
Идея метода в том, что плазма помещается внутрь лазерного резонатора. Если ширина полосы усиления лазера достаточно широкая, то появление поглощения на какой-то частоте будет хорошо заметным на спектре генерации.
лазер на красителях
уровень сигнала очень большой
вакуумная камера
холодная периферия горячий центр (РЭП)
W ~ 10 мДж, T ~ 3 мкс (P ~ 3 кВт) Lрез = 1 м, Lпл = 10 см
спектральное разрешение 0.002 нм
Спектр ленгмюровской турбулентности
Спектр лазерной генерации
Аппаратная ширина системы 
регистрации
Холодная предварительная плазма (разные Зеемановские компоненты, разделение по поляризации)
Плазма при нагреве мощным электронным пучком
Восстановленная спектральная форма линии H а) для холодной плазмы (штарковский контур)
б) во время нагрева электронным пучком (турбулентность) 
ГОЛ-М, ИЯФ
Мешков, Батенко
Типы диагностик с атомными пучками
Плазма с термоядерными параметрами полностью ионизирована и удалена от стенки
примесные ионы имеют высокую степень ионизации
отсутствует линейчатое излучение видимого диапазона, для полностью ободранных лёгких ионов линейчатое излучение отсутствует совсем
есть трудности с измерением параметров таких ионов
Использование пучков нейтральных атомов для целей диагностики
Beam Emission Spectroscopy (BES) – спектроскопия атомных пучков
измерение спектральных линий атомов пучка, изменившихся под воздействием плазмы
Motional Stark Effect (MSE) – эффект Штарка в движении
разновидность BES, измерение локального магнитного поля по штарковскому расщеплению линейчатого излучения атомов пучка
Charge Exchange Recombination Spectroscopy (CXRS) – перезарядная рекомбинационная спектроскопия
изучение свечения атомов и ионов примесей основной плазмы, возникших в результате рекомбинации на атомах пучка
Перезарядная рекомбинационная спектроскопия
Идея метода
В результате перезарядки на быстрых нейтралах образуется некоторое количество нейтральных атомов (изотопы водорода основной плазмы и ионы примесей)
инжекция |
плазма |
нейтралов |
|
излучение |
|
|
Особенности методики
•Пучок поглощается в плазме сильно и достаточно яркий излучение интенсивно
•Собственное излучение мишени и пучка мало или несущественно
•Наличие пучка не приводит к дополнительному воздействию на плазму
•Диагностика локальна, если свет регистрируется из определённой точки
Определяемые параметры при CXRS
Процесс: |
I z A(n) I ( z 1) * (n,l) A |
Измеряемый параметр
|
|
|
|
m |
|
|
|
c |
|
2 |
|
||
FWHM |
|
Ti |
i |
|
|
|
|
w |
|
|
Ионная температура |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
kB |
|
8ln 2 |
|
|
|
||||
Сдвиг линии: |
|
vrot |
c |
rot |
|
|
|
Вращение |
|||||
|
|
0 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Интеграл |
|
1 |
|
n |
Z nbeam em vbeam d |
Плотность примесей |
|||||||
|
|
||||||||||||
|
|
4 I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
•Параметры пучка нейтралов обычно хорошо известны
•Нет зависимости сигнала от параметров основной плазмы
(нужно знать только зависимость ослабления пучка от радиуса)