Study of plasma in tokamak-type devices with spectroscopic methods

Abstract

V Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd, v oddělení Tokamak, se spektroskopickými metodami zkoumá záření vysokoteplotního plazmatu ve viditelné, ultrafialové a infračervené oblasti. Toto záření přináší informace týkající se parametrů tokamakového plazmatu a jejich změn, co je důležité z hlediska budoucí realizace fúzního reaktoru. V rámci této disertační práce byl proveden vývoj spektroskopické diagnostiky pro pozorování záření plazmatu a jeho změn v čase v tokamaku COMPASS. Byla udělána absolutní kalibrace vyvinutých systémů za účelem propočtu měřeného signálu na jednotky záření. V první části disertační práce jsou podrobně popsány zdroje nepřesností absolutního měření v podmínkách tokamaku. Měřené záření plazmatu v rozsahu vlnových délek 257-1083 nm bylo interpretováno s použitím databáze NIST a programu FLYCHK. Byla odhadnuta hustota iontů pro nejvýznamnější nečistoty. V jazyku IDL byl vyvinutý program pro odhad efektivního iontového náboje z poměru brzdného záření skutečného a vodíkového plazmatu v okolí vlnové délky 523 nm. Pro výpočet brzdného záření vodíkového plazmatu byly použity profily elektronové hustoty a teploty měřené Thomsonovým rozptylem. V poslední části práce je uveden příklad použití spektroskopických dat pro studium zahřívání plazmatu použitím svazku neutrálních částic.

In Tokamak department of Institute of Plasma Physics, radiation of high-temperature plasma is investigated using spectroscopic methods in visible, ultraviolet and infrared regions. The radiation gives information regarding tokamak plasma parameters and their changes, which is necessary for future realization of fusion reactor. In the frame of this doctoral thesis the development of spectroscopic diagnostics for observing of plasma radiation and its temporal evolution in COMPASS tokamak was performed. The absolute calibration of developed systems in order to recalculate measured signal to units of radiation was done. The sources of imprecisions of absolute measurements in tokamak conditions are properly discussed in the first part of the dissertation. Plasma radiation in the range 257-1083 nm was measured and interpreted using NIST database and FLYCHK code. Ion density for the most significant impurities was estimated. IDL code for effective ion charge estimation as a ratio of real and hydrogen plasma Bremsstrahlung radiation near 523 nm was developed. Profiles of electron density and temperature measured by Thomson scattering system were used for hydrogen plasma Bremsstrahlung radiation calculations. The example of applying of spectroscopic data for studying of COMPASS plasma heating using neutral beam...