一种基于吸收谱的Z箍缩等离子体磁场测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于吸收谱的Z箍缩等离子体磁场测量装置及方法，属于磁场测量装置技术领域。包括设置于真空工作腔内的阴阳极板，阴阳极板之间设置有负载，脉冲电流可使负载产生Z箍缩等离子体。本发明专利技术通过测量Z箍缩等离子体自发光的吸收谱在磁场中的分裂情况来获得磁感应强度的大小，无需引入其他的诊断装置，装置自身即可以产生Z箍缩等离子体连续谱穿过钠等离子体时产生的吸收谱线，测量精度主要取决于观测时长和光谱仪分辨率，测量范围取决于钠等离子体的扩散范围。并且由于直接在阴极板上涂覆示踪剂，产生的钠等离子体的激发位置离负载较近，因此可以克服Z箍缩等离子体在普通的塞曼分裂光学诊断中存在的自发光过强问题，实现了Z箍缩等离子体内部的磁场分布测量。实现了Z箍缩等离子体内部的磁场分布测量。实现了Z箍缩等离子体内部的磁场分布测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于吸收谱的Z箍缩等离子体磁场测量装置及方法


[0001]本专利技术属于磁场测量装置
，涉及一种基于吸收谱的Z箍缩等离子体磁场测量装置及方法。

技术介绍

[0002]磁场测量技术多用于解决重要的科研及物理问题，在军事、天文、资源勘探、科学研究等领域有广泛的应用。目前，磁场测量方法主要有以下三种：
[0003]一，通过磁感应线圈对真空中的磁场进行测量。磁感应线圈具有原理简单、成本低廉且易于操作的特性，一直被广泛地用于时变磁场的测量。磁感应线圈的主体为一个或多个小型线圈，线圈匝数一般为3
‑
5匝，在使用时被放置于诱导等离子体中某一待测区域，因此所处空间中磁场的变化会使线圈回路中产生感应电动势。由于电动势的大小与磁场强度随时间的变化速率成正比，在将感应电动势对时间进行积分后，就可以获得磁感应线圈所在位置处的磁场大小。然而磁探针的探头直接深入诱导等离子体内部后对诱导等离子体的影响主要有以下两个方面：一是使诱导等离子体产生冷却并对运动过程产生扰动；二是自身产生的感应电流会干扰诱导等离子体的磁场。同时，当外界温度过高时，磁探针包覆的涂层将被烧蚀，测量信号可能会突然大于可测阈值从而损坏测量仪器，这也是磁探针的局限性之一。
[0004]二，法拉第旋光作为一种非接触式磁场测量方法，适用于真空中存在等离子体时的磁场测量情况。以等离子体作为磁光介质，当一束线偏振光穿过等离子体时，可以看作是两束等幅的左旋和右旋圆偏振光的叠加。这两束光由于磁光效应会具有不同的折射率和传播速度，因此在通过同样的距离后就具有不同的相位滞后，从而使穿过等离子体的线偏振光产生偏转，偏转角度的计算公式为：
[0005][0006]式中，λ为入射光波长，n
e
为电子密度，B为磁场矢量在实验光路上的分量，dl为入射光路的元。但此方法需要空间中等离子体的分布是对称的，同时要已知光路中所有位置的电子密度，对环境要求较高。
[0007]三，塞曼分裂也属于非接触式磁场测量方法，一般基于发射谱线在磁场中的分裂，具体分裂情况与磁场的大小和方向有关，因此可以对所处空间中的磁场分布进行测量。但是塞曼分裂效应至今只用于Z箍缩等离子体外层的低密等离子体，而靠近中心位置的高密等离子体所发出的强烈自发光会覆盖发射谱线的分裂，从而使等离子体内部磁场无法测量。
[0008]Z箍缩是指在脉冲电流作用下产生的诱导等离子体在磁场作用下达到高温高密的状态同时产生强烈X辐射的过程，主要应用于X射线源或惯性约束聚变等。然而，在磁场分布方面，由于诱导等离子体中的磁场强度高、变化范围大(10T
‑
104T)、持续时间短(～100ns)、变化速度快，且处于高电压(～MV)、大电流(～MA)及强辐射的极端环境中，这使现有的磁场
测量方法均无法对高密Z箍缩等离子体磁场进行高效可靠的测量。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于解决现有技术中无法对Z箍缩等离子体磁场进行高效可靠的测量的技术问题，提供一种基于吸收谱的Z箍缩等离子体磁场测量装置。本专利技术原理简单、操作方便、范围广阔、高效可靠。
[0010]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种基于吸收谱的Z箍缩等离子体磁场测量装置，包括阳极板、阴极板和光纤；所述阳极板连接有脉冲电源；所述阴极板上涂覆有示踪剂；所述阳极板和阴极板之间设置有负载，用于产生Z箍缩等离子体；所述示踪剂在通电后产生相应等离子体；所述Z箍缩等离子体产生的连续谱线在穿过相应等离子体时产生吸收谱线，吸收谱线在磁场中分裂产生分裂吸收谱线；所述光纤与负载相对设置，用于收集Z箍缩等离子体产生的分裂吸收谱线，根据分裂吸收谱线得到Z箍缩等离子体内部的磁场分布。
[0012]本专利技术的进一步改进在于：
[0013]还包括真空工作腔；所述阴极板、阳极板和负载设置在真空工作腔腔体内部；所述工作腔腔体上设置有分裂吸收谱线出口。
[0014]所述分裂吸收谱线出口处设置有玻璃。
[0015]所述玻璃和光纤之间设置有平凸透镜，用于将分裂吸收谱线聚焦于光纤上。
[0016]若干所述光纤沿径向排列组成光纤阵列。
[0017]所述负载为金属丝。
[0018]所述阴极板的表面设置有孔结构，用于涂覆示踪剂。
[0019]所述示踪剂为氯化钠溶液。
[0020]所述玻璃为石英玻璃。
[0021]一种基于吸收谱的Z箍缩等离子体磁场测量方法，包括以下步骤：
[0022]步骤1，在阴极板的表面涂覆饱和氯化钠溶液；
[0023]步骤2，将氯化钠溶液自然风干或用热源烘干，直至氯化钠溶液中的水分完全蒸发从而在阴极板表面形成一层氯化钠晶体；
[0024]步骤3，在阴阳极板中间装上金属负载；
[0025]步骤4，校准平凸透镜和光纤阵列的相对位置，使平凸透镜的焦点、光纤阵列的中心点和玻璃的中心点位于同一条线上；
[0026]步骤5，校准完毕后，用真空泵将待测区域抽至真空，使其气压低于7
×
10
‑2Pa；
[0027]步骤6，接通脉冲电源，负载在真空环境中产生Z箍缩等离子体；同时，阴极板上的氯化钠晶体也会受到烧蚀，产生钠等离子体；
[0028]步骤7，Z箍缩等离子体产生的连续谱线在穿过钠等离子体时受到不透明度的影响，产生吸收谱线；
[0029]步骤8，吸收谱线在磁场中产生分裂，产生分裂吸收谱线，根据分裂吸收谱线得到Z箍缩等离子体内部的磁场分布。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0031]本专利技术对负载施加脉冲电流，使负载直接产生Z箍缩等离子体，并且在阴极板上涂
覆有示踪剂，当接通脉冲电流时，示踪剂可直接产生相应的等离子体。本专利技术通过测量Z箍缩等离子体自发光的吸收谱在磁场中的分裂情况来获得磁感应强度的大小，无需引入其他的干扰，装置自身即可以产生Z箍缩等离子体连续谱作为背光情况下的吸收谱线，测量精度主要取决于观测时长和光谱仪分辨率，测量范围取决于示踪剂产生的等离子体的扩散范围。由于示踪剂的激发位置离负载较近，因此本专利技术可以克服Z箍缩等离子体在普通的塞曼分裂光学诊断中存在的自发光过强问题，实现了对Z箍缩等离子体内部的磁场分布测量。
附图说明
[0032]为了更清楚的说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0033]图1为基于吸收谱的Z箍缩等离子体磁场测量装置结构的一种示意图；
[0034]图2为阴阳极板结构示意图；
[0035]图3为基于吸收谱的Z箍缩等离子体磁场测量装置结构的另一种示意图。
[0036]其中：1
‑
工作腔；2
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于吸收谱的Z箍缩等离子体磁场测量装置，其特征在于，包括阳极板、阴极板和光纤(10)；所述阳极板连接有脉冲电源；所述阴极板上涂覆有示踪剂；所述阳极板和阴极板之间设置有负载(8)，用于产生Z箍缩等离子体；所述示踪剂在通电后产生相应等离子体；所述Z箍缩等离子体产生的连续谱线在穿过相应等离子体时产生吸收谱线，吸收谱线在磁场中分裂产生分裂吸收谱线(3)；所述光纤(10)与负载(8)相对设置，用于收集Z箍缩等离子体产生的分裂吸收谱线(3)，根据分裂吸收谱线(3)得到Z箍缩等离子体内部的磁场分布。2.根据权利要求1所述的基于吸收谱的Z箍缩等离子体磁场测量装置，其特征在于，还包括真空工作腔(1)；所述阴极板、阳极板和负载(8)设置在真空工作腔(1)腔体内部；所述工作腔(1)腔体上设置有分裂吸收谱线(3)出口。3.根据权利要求2所述的基于吸收谱的Z箍缩等离子体磁场测量装置，其特征在于，所述分裂吸收谱线(3)出口处设置有玻璃(2)。4.根据权利要求3所述的基于吸收谱的Z箍缩等离子体磁场测量装置，其特征在于，所述玻璃(2)和光纤(10)之间设置有平凸透镜(9)，用于将分裂吸收谱线(3)聚焦于光纤(10)上。5.根据权利要求4所述的基于吸收谱的Z箍缩等离子体磁场测量装置，其特征在于，若干所述光纤(10)沿径向排列组成光纤阵列。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的基于吸收谱的Z箍缩等离子体磁场测量装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴坚，姜志远，王振宇，陈紫维，王威，卢元博，赵一鸣，石桓通，李兴文，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：