聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量方法及系统 |
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| 申请号 | CN202311704077.2 | 申请日 | 2023-12-12 | 公开(公告)号 | CN117872447A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 中国科学院合肥物质科学研究院; | 发明人 | 江堤; 靳琛垚; 叶孜崇; 张炜; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量方法及系统，其通过向聚变堆 真空 室内发射扫描激光，将处于第一能级的部分 电子 激发至第二能级，从而猝灭原本电子由第一能级向第三能级跃迁所产生的 荧光 信号 ，并且同时对第二能级的电子跃迁至第一能级时所产生的共振荧 光信号 、第一能级的电子跃迁至第三能级时所产生的自发 辐射 荧光信号分别进行 波长 扫描，从而分别得到共振荧 光谱 和猝灭荧光谱，将共振荧光谱和猝灭荧光谱进行拼接即可得到原始的速度分布谱信息，从而得到氦离子的速度分布信息，大大简化了原始谱的还原过程，提高了氦离子速度分布测量结果的准确度，并且能够对进行实时测量，为聚变堆 等离子体 的稳定运行提供了有 力 支持。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量方法，其特征在于，包括以下内容： |
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| 说明书全文 | 聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量方法及系统技术领域背景技术[0002] 在燃烧等离子体的热核聚变反应中，尤其是氘‑氚(D‑T)运行的反应，产生的氦灰中包含慢化的α粒子(3.5MeV)，由于氦灰作为不可避免的杂质存在于等离子体中，氦灰的积累可能导致等离子体的稀释和冷却，进而降低聚变能，不利于点火的成功，因此，为了实现等离子体的长效稳定运行，需要有效地排除氦灰。除了等离子体内部的输运，氦灰从真空室中的直接排出主要是通过偏滤器完成，由于氦灰是α粒子慢化的产物，其在偏滤器区域的主+要表现形式为氦离子(He)和氦中性粒子(He)。而由于氦离子可以被磁力线所限制并可以通过偏滤器线圈进行位型控制后汇聚到偏滤器打击点附近，因此可以针对偏滤器区域的氦离子速度分布进行准确的测量，以便于检测氦灰的排除情况。 [0003] 目前，聚变堆采用的诊断方案是被动光谱测量，例如通过氦离子激发态的线积分+进行测量，例如波长为468.5nm的He 线辐射测量，再结合复杂的原子物理模型以及整个观测区域的电子温度和电子密度的剖面测量结果，从光谱测量结果中反演得到特定区域的氦离子诊断数据，测量过程较为复杂，得到的氦离子诊断数据的准确性较低。并且，可靠的诊断数据需要多条视线进行反演变换，而由于聚变堆偏滤器的空间范围极为狭小，从而难以在偏滤器区域布置多条视线进行反演来得到精确的空间有效分辨结果，也会导致氦离子速度分布测量结果的准确度较差。 发明内容[0004] 本发明提供了一种聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量方法及系统、电子设备、计算机可读取的存储介质，以解决现有技术采用被动光谱测量方法对氦离子速度分布进行测量时存在的测量结果准确度差的技术问题。 [0005] 根据本发明的一个方面，提供一种聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量方法，包括以下内容： [0007] 对第二能级的电子跃迁至第一能级时所产生的共振荧光信号、第一能级的电子跃迁至第三能级时所产生的自发辐射荧光信号分别进行波长扫描，从而分别得到共振荧光谱和猝灭荧光谱； [0008] 基于共振荧光谱和猝灭荧光谱拼接得到原始荧光谱，并基于原始荧光谱得到氦离子的速度分布信息。 [0009] 进一步地，所述基于共振荧光谱和猝灭荧光谱拼接得到原始荧光谱的过程包括以下内容： [0010] 对共振荧光谱和猝灭荧光谱进行预处理，确保两个谱的数据点数和采样率一致； [0011] 对预处理后的共振荧光谱和猝灭荧光谱进行叠加处理，得到叠加荧光谱。 [0012] 进一步地，在进行叠加处理之前，基于下式对预处理后的共振荧光谱进行修正： [0013] S’2(λ)＝S2(λ)/A21 [0014] 其中，S’2(λ)表示修正后的共振荧光谱，S2(λ)表示预处理后的共振荧光谱，A21表示爱因斯坦系数，λ表示激光器扫描范围内的波长值。 [0015] 进一步地，在进行波长扫描的过程中，通过调整激光的扫频范围，使得激光扫频范围的中心点为共振荧光谱和猝灭荧光谱的中心位置，并使得共振荧光谱和猝灭荧光谱包含完整的速度分布信息。 [0016] 另外，本发明还提供一种聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量系统，包括： [0017] 激光入射分系统，用于向聚变堆主真空室内发射扫描激光，将处于第一能级的部分电子激发至第二能级，以猝灭原本由第一能级向第三能级跃迁所产生的荧光信号，其中，第二能级高于第一能级、第一能级高于第三能级； [0018] 光谱处置分系统，用于接收聚变堆中产生的荧光信号并根据波长范围将其分离为两路荧光信号，再将两路荧光信号转换为两路电信号； [0019] 微弱信号提取分系统，用于采用锁相检波技术分别对两路电信号进行微弱信号提取； [0021] 进一步地，所述激光入射分系统包括二极管半导体激光器、斩波器、波长标定系统、信号发生器和光纤耦合头，所述二极管半导体激光器用于发出激光信号，所述斩波器用于对激光信号进行斩波处理，所述信号发生器用于调制斩波器的斩波频率，所述波长标定系统用于对激光信号进行实时波长标定，所述光纤耦合头用于将斩波处理后的激光信号经光纤传输至聚变堆主真空室内。 [0022] 进一步地，所述光谱处置分系统包括分光系统和两个光电倍增管，所述分光系统通过光纤与聚变堆主真空室连接，用于接收聚变堆中产生的荧光信号，并根据波长范围将其分离为两路荧光信号，两路荧光信号分别经两个光电倍增管转换为电信号后传输至微弱信号提取分系统。 [0023] 另外，本发明还提供一种聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量系统，包括： [0024] 激光发射模块，用于向聚变堆主真空室内发射扫描激光，将处于第一能级的部分电子激发至第二能级，以猝灭原本由第一能级向第三能级跃迁所产生的荧光信号，其中，第二能级高于第一能级、第一能级高于第三能级； [0025] 波长扫描模块，用于对第二能级的电子跃迁至第一能级时所产生的共振荧光信号、第一能级的电子跃迁至第三能级时所产生的自发辐射荧光信号分别进行波长扫描，从而分别得到共振荧光谱和猝灭荧光谱； [0026] 光谱处理模块，用于基于共振荧光谱和猝灭荧光谱拼接得到原始荧光谱，并基于原始荧光谱得到氦离子的速度分布信息。 [0028] 另外，本发明还提供一种计算机可读取的存储介质，用于存储进行聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量的计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时执行如上所述的方法的步骤。 [0029] 本发明具有以下效果： [0030] 本发明的聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量方法，通过向聚变堆真空室内发射扫描激光，将处于第一能级的部分电子激发至第二能级，从而猝灭原本电子由第一能级向第三能级跃迁所产生的荧光信号，并且同时对第二能级的电子跃迁至第一能级时所产生的共振荧光信号、第一能级的电子跃迁至第三能级时所产生的自发辐射荧光信号分别进行波长扫描，从而分别得到共振荧光谱和猝灭荧光谱。由于核聚变等离子体被认为是处于热平衡状态，同时同一物种粒子并不存在温度和速度上的差异，因此速度分布并不会出现明显的差距，因此，直接将共振荧光谱和猝灭荧光谱进行拼接即可得到原始的速度分布谱信息，从而得到氦离子的速度分布信息。本发明提出了一种全新的激光猝灭荧光诊断(Laser Induced Quenching，LIQ)方案，相比于现有的LIF(laser induced fluorescence，激光诱导荧光)方案而言，无需从极强的背景辐射下提取出受激发后的荧光信号，而是直接将背景辐射信号(即从第一能级向第三能级自发跃迁产生的荧光信号)作为信号源来测量速度分布信息，并且考虑到核聚变等离子体的特性，将LIQ方案与激光共振荧光(Laser Resonance Fluorescence，LRF)方案相结合，可以直接测量得到原始的速度分布谱信息，大大简化了原始谱的还原过程，提高了氦离子速度分布测量结果的准确度。并且，在一次扫描激光的激发下可以同时进行激光猝灭荧光诊断和激光共振荧光诊断，能够在放电过程中对氦离子速度分布进行实时测量，为聚变堆等离子体的稳定运行提供了有力支持。 [0031] 另外，本发明的聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量系统同样具有上述优点。 [0034] 图1是本发明优选实施例的聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量方法的流程示意图。 [0035] 图2是本发明优选实施例中激光猝灭荧光的能级跃迁示意图。 [0036] 图3是图1中步骤S3的子流程示意图。 [0037] 图4是本发明优选实施例中激光扫频范围过窄且并没有扫描至原始谱的峰值位置时得到的测量谱示意图。 [0038] 图5是本发明优选实施例中激光扫频范围合适时得到的测量谱示意图。 [0039] 图6是本发明另一实施例的聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量系统的结构示意图。 [0040] 图7是本发明另一实施例中分光系统的结构示意图。 [0041] 图8是本发明又一实施例的聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量系统的模块结构示意图。 具体实施方式[0042] 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。 [0043] 可以理解，如图1所示，本发明的优选实施例提供一种聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量方法，包括以下内容： [0044] 步骤S1：向聚变堆主真空室内发射扫描激光，将处于第一能级的部分电子激发至第二能级，以猝灭原本由第一能级向第三能级跃迁所产生的荧光信号，其中，第二能级高于第一能级、第一能级高于第三能级； [0045] 步骤S2：对第二能级的电子跃迁至第一能级时所产生的共振荧光信号、第一能级的电子跃迁至第三能级时所产生的自发辐射荧光信号分别进行波长扫描，从而分别得到共振荧光谱和猝灭荧光谱； [0046] 步骤S3：基于共振荧光谱和猝灭荧光谱拼接得到原始荧光谱，并基于原始荧光谱得到氦离子的速度分布信息。 [0047] 可以理解，本实施例的聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量方法，通过向聚变堆真空室内发射扫描激光，将处于第一能级的部分电子激发至第二能级，从而猝灭原本电子由第一能级向第三能级跃迁所产生的荧光信号，并且同时对第二能级的电子跃迁至第一能级时所产生的共振荧光信号、第一能级的电子跃迁至第三能级时所产生的自发辐射荧光信号分别进行波长扫描，从而分别得到共振荧光谱和猝灭荧光谱。由于核聚变等离子体被认为是处于热平衡状态，同时同一物种粒子并不存在温度和速度上的差异，因此速度分布并不会出现明显的差距，因此，直接将共振荧光谱和猝灭荧光谱进行拼接即可得到原始的速度分布谱信息，从而得到氦离子的速度分布信息。本发明提出了一种全新的激光猝灭荧光诊断(Laser Induced Quenching，LIQ)方案，相比于现有的LIF(laser induced fluorescence，激光诱导荧光)方案而言，无需从极强的背景辐射下提取出受激发后的荧光信号，而是直接将背景辐射信号(即从第一能级向第三能级自发跃迁产生的荧光信号)作为信号源来测量速度分布信息，并且考虑到核聚变等离子体的特性，将LIQ方案与激光共振荧光(Laser Resonance Fluorescence，LRF)方案相结合，可以直接测量得到原始的速度分布谱信息，大大简化了原始谱的还原过程，提高了氦离子速度分布测量结果的准确度。并且，在一次扫描激光的激发下可以同时进行激光猝灭荧光诊断和激光共振荧光诊断，能够在放电过程中对氦离子速度分布进行实时测量，为聚变堆等离子体的稳定运行提供了有力支持。 [0048] 其中，在所述步骤S1中，如图2所示，通过向聚变堆主真空室内发射扫描激光，从而将一部分处于第一能级的电子激发至第二能级，即减少了原本处于第一能级的电子数量，从而猝灭了电子原本由第一能级向第三能级自发跃迁所产生的荧光信号，其中，第二能级高于第一能级、第一能级高于第三能级。 [0049] 可以理解，现有的LIF方案是利用激光将电子从第一能级激发至第二能级，然后观测被激发的那部分电子从第二能级跃迁至第三能级时所产生的自发辐射荧光信号，在测量得到荧光信号测量谱后，再基于荧光信号测量谱得到速度分布信息。但是在真空环境下，电子更喜欢处于较低的能级，本身就处于第二能级的电子也会自发跃迁至更低的第三能级并产生荧光信号，这些自发跃迁产生的荧光信号就构成了被激发后跃迁产生的荧光信号(即观测信号)的大量背景噪声信号，导致观测信号的信噪比较差，无法准确地判断哪些荧光信号是因为电子被激发至第二能级后再跃迁至第三能级所产生的，哪些荧光信号是因为电子从第二能级自发跃迁(即未被激光激发)至第三能级所产生的，从而导致测量得到的荧光信号测量谱不准确，无法准确地提取出速度分布信息。而本发明的LIQ诊断方案则是利用激光将一部分第一能级的电子激发至更高的第二能级，保留一部分第一能级的电子用于观测荧光信号，而未被激发的、处于第一能级的剩余电子会自发跃迁至更低的第三能级并产生荧光信号，然后直接观测自发跃迁产生的荧光信号来获得测量谱，无需从极强的背景辐射下提取出受激发后的荧光信号，而是直接将背景辐射信号(即从第一能级自发跃迁至第三能级所产生的荧光信号)作为信号源来测量速度分布信息，提高了速度分布测量结果的准确度。而且，在常规的托卡马克放电中，电子从第一能级自发跃迁至第三能级时会产生468.5nm的荧光信号，而468.5nm这一条氦离子线辐射已经被观测到是一条极强的跃迁线谱，对于常规的LIF方案而言，这条跃迁线谱会限制其诊断信噪比，从而影响测量结果的准确度，而对于本发明的LIQ方案而言，这条跃迁线谱是天然有利的信号源，并且不用担心完全猝灭信号源的问题。 [0050] 另外，当激光的频率与电子共振频率相匹配时，电子会吸收激光光子的能量从低能级跃迁至高能级，即从第一能级跃迁至第二能级，此时电子处于激发态。但是，激发态是一个相对不稳定的状态，因为电子更喜欢处于较低的能级，因此，为了回到较低的能级，激发态的电子会发生自发辐射释放出一个光子，释放的光子频率与吸收时的光子频率相同，从而形成了共振荧光信号，而共振荧光信号的特点是频率非常特定，直接与共振频率相关。 [0051] 因此，在所述步骤S2中，分别将第一能级的电子自发跃迁至第三能级时所产生的自发辐射荧光信号(即猝灭荧光信号)、第二能级的电子跃迁至第一能级时所产生的共振荧光信号作为观测信号，然后对两种观测信号进行波长扫描，从而分别得到共振荧光谱和猝灭荧光谱。其中，具体的波长扫描过程类似于常规的LIF进行激光调谐区间的扫频工作，故具体过程在此不再赘述，例如，针对每一个波长可以测量得到一个荧光信号强度，经过扫描测量后可以得到若干个波长对应的荧光信号强度，从而可以生成波长与荧光信号强度之间的关系曲线，即得到猝灭荧光测量谱。可以理解，扫描波长其实就是扫描频率，通过对激光进行波长区间的扫描，由于多普勒效应，可以得到不同扫频范围下的速度分布信息。 [0052] 可以理解，在所述步骤S3中，由于核聚变等离子体被认为是处于热平衡状态，同时同一物种粒子并不存在温度和速度上的差异，因此速度分布并不会出现明显的差距，因此，可以直接将共振荧光谱和猝灭荧光谱进行拼接即可得到原始的速度分布谱信息，从而得到氦离子的速度分布信息。 [0053] 其中，如图3所示，所述基于共振荧光谱和猝灭荧光谱拼接得到原始荧光谱的过程包括以下内容： [0054] 步骤S31：对共振荧光谱和猝灭荧光谱进行预处理，确保两个谱的数据点数和采样率一致； [0055] 步骤S32：对预处理后的共振荧光谱和猝灭荧光谱进行叠加处理，得到叠加荧光谱。 [0056] 具体地，在获取共振荧光谱和猝灭荧光谱后，先对两条谱线进行去噪声、平滑和校正等预处理，保证两条谱线的数据点数、采样率等参数一致，以便于后续进行叠加处理。然后，将预处理后的共振荧光谱和猝灭荧光谱进行叠加，即可得到叠加荧光谱。 [0057] 但是，由于激光猝灭可能会导致一些共振荧光信号的损失，例如自发辐射的损耗等，因此，需要对共振荧光谱进行修正，确保叠加荧光谱在共振峰附近保持一致。其中，所述对共振荧光谱进行修正的过程具体为： [0058] 假设预处理后得到的共振荧光谱为S2(λ)，其中，λ为激光器扫描范围内的波长值，由于共振荧光谱是通过激光激发使得电子从能级1跃迁至能级2后，再观测能级2向能级1自发跃迁得到的谱线。但是，并不是所有处于能级2的都可以向下跃迁至能级1，因此，需要引入爱因斯坦系数A21进行修正，其表示由能级2向能级1自发跃迁的比例，则修正后的共振荧光谱应为：S’2(λ)＝S2(λ)/A21。然后，再将猝灭荧光谱与修正后的共振荧光谱进行叠加，即可得到叠加荧光谱，即完整的原始测量谱，即S(λ)＝S1(λ)+S2(λ)/A21，其中，S(λ)表示叠加荧光谱，S1(λ)表示猝灭荧光谱。 [0059] 最后，在叠加荧光谱的基础上，通过激光扫频范围和多普勒频移的物理原理，利用波长标定的手段即可获得激光扫频范围下的叠加荧光谱到速度分布函数的还原，从而可以提取出峰值位置、峰值强度、速度分布函数的半高宽等速度分布信息。其中，具体过程与现有LIF方案相同，故在此不再赘述。 [0060] 可选地，在进行波长扫描的过程中，通过调整激光的扫频范围，使得激光扫频范围的中心点为共振荧光谱和猝灭荧光谱的中心位置，并使得共振荧光谱和猝灭荧光谱包含完整的速度分布信息。 [0061] 可以理解，如图4和图5所示，图4和图5展示了不同的激光扫频范围所得到的测量谱，其中，原始谱是待测信号，即反映氦离子速度分布信息的谱。图4中的激光扫频范围过窄且并没有扫描至原始谱的峰值位置，因此叠加谱仅仅反映了原始谱的一部分信息，需要对激光的扫频范围进行扩大；而图5中的激光扫频范围合适，使得激光扫频范围的中心点为共振荧光谱和猝灭荧光谱的中心位置，从而可以直接将测量得到的猝灭谱和共振谱进行叠加获得完整的叠加谱，进而获得完整的原始谱信息。 [0062] 另外，如图6所示，本发明的另一实施例还提供一种聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量系统，优选采用如上所述的速度分布测量方法，包括： [0063] 激光入射分系统，用于向聚变堆主真空室内发射扫描激光，将处于第一能级的部分电子激发至第二能级，以猝灭原本由第一能级向第三能级跃迁所产生的荧光信号，其中，第二能级高于第一能级、第一能级高于第三能级； [0064] 光谱处置分系统，用于接收聚变堆中产生的荧光信号并根据波长范围将其分离为两路荧光信号，再将两路荧光信号转换为两路电信号； [0065] 微弱信号提取分系统，用于采用锁相检波技术分别对两路电信号进行微弱信号提取； [0066] 数据处理分系统，用于根据提取出的两路微弱信号分别进行波长扫描生成共振荧光谱和猝灭荧光谱，并基于共振荧光谱和猝灭荧光谱拼接得到原始荧光谱，并基于原始荧光谱得到氦离子的速度分布信息。 [0067] 可以理解，本实施例的聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量系统，通过向聚变堆真空室内发射扫描激光，将处于第一能级的部分电子激发至第二能级，从而猝灭原本电子由第一能级向第三能级跃迁所产生的荧光信号，并且同时对第二能级的电子跃迁至第一能级时所产生的共振荧光信号、第一能级的电子跃迁至第三能级时所产生的自发辐射荧光信号分别进行波长扫描，从而分别得到共振荧光谱和猝灭荧光谱。由于核聚变等离子体被认为是处于热平衡状态，同时同一物种粒子并不存在温度和速度上的差异，因此速度分布并不会出现明显的差距，因此，直接将共振荧光谱和猝灭荧光谱进行拼接即可得到原始的速度分布谱信息，从而得到氦离子的速度分布信息。本发明提出了一种全新的激光猝灭荧光诊断(Laser Induced Quenching，LIQ)方案，相比于现有的LIF(laser induced fluorescence，激光诱导荧光)方案而言，无需从极强的背景辐射下提取出受激发后的荧光信号，而是直接将背景辐射信号(即从第一能级向第三能级自发跃迁产生的荧光信号)作为信号源来测量速度分布信息，并且考虑到核聚变等离子体的特性，将LIQ方案与激光共振荧光(Laser Resonance Fluorescence，LRF)方案相结合，可以直接测量得到原始的速度分布谱信息，大大简化了原始谱的还原过程，提高了氦离子速度分布测量结果的准确度。并且，在一次扫描激光的激发下可以同时进行激光猝灭荧光诊断和激光共振荧光诊断，能够在放电过程中对氦离子速度分布进行实时测量，为聚变堆等离子体的稳定运行提供了有力支持。 [0068] 其中，所述激光入射分系统包括二极管半导体激光器、斩波器、波长标定系统、信号发生器和光纤耦合头，所述二极管半导体激光器用于发出激光信号，所述斩波器用于对激光信号进行斩波处理，所述信号发生器用于调制斩波器的斩波频率，所述波长标定系统用于对激光信号进行实时波长标定，所述光纤耦合头用于将斩波处理后的激光信号经光纤传输至聚变堆主真空室内。其中，所述波长标定系统先使用波长计进行初步波长标定，再使用碘蒸汽分子池和F‑P标准具进行精确的波长标定处理。 [0069] 另外，所述光谱处置分系统包括分光系统和两个光电倍增管，所述分光系统通过光纤与聚变堆主真空室连接，用于接收聚变堆中产生的荧光信号，并根据波长范围将其分离为两路荧光信号，两路荧光信号分别经两个光电倍增管转换为电信号后传输至微弱信号提取分系统。其中，如图7所示，所述分光系统包括分光镜和两个滤光片，所述分光镜设置在光纤耦合头的传输光路上，将一路荧光信号分成两路荧光信号，两个滤光片分别设置在两路荧光信号的传输光路上，由于共振荧光信号和猝灭荧光信号的波长不同，故而两个滤光片的参数选择分别根据共振荧光信号和猝灭荧光信号的波长来确定，即一个滤光片仅允许共振荧光信号波长附近的荧光信号通过，另一个滤光片允许猝灭荧光信号波长附近的荧光信号通过。 [0070] 另外，所述微弱信号提取分系统包括两个锁相放大器，采用锁相检波技术分别从两个光电倍增管转换得到的电信号中提取出共振荧光电信号和猝灭荧光电信号，其中，信号发生器还与锁相放大器电性连接，信号发生器的斩波频率信号作为锁相放大器的参考频率信号，用于进行微弱信号的提取。所述数据处理分系统包括数据处理计算机和示波器，所述数据处理计算机根据提取出的共振荧光电信号和猝灭荧光电信号分别进行波长扫描，并生成共振荧光谱和猝灭荧光谱，再基于共振荧光谱和猝灭荧光谱拼接得到原始荧光谱，进而在示波器中进行展示，同时根据原始荧光谱得到氦离子的速度分布信息。 [0071] 另外，如图8所示，本发明的另一实施例还提供一种聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量系统，优选采用如上所述的速度分布测量方法，包括： [0072] 激光发射模块，用于向聚变堆主真空室内发射扫描激光，将处于第一能级的部分电子激发至第二能级，以猝灭原本由第一能级向第三能级跃迁所产生的荧光信号，其中，第二能级高于第一能级、第一能级高于第三能级； [0073] 波长扫描模块，用于对第二能级的电子跃迁至第一能级时所产生的共振荧光信号、第一能级的电子跃迁至第三能级时所产生的自发辐射荧光信号分别进行波长扫描，从而分别得到共振荧光谱和猝灭荧光谱； [0074] 光谱处理模块，用于基于共振荧光谱和猝灭荧光谱拼接得到原始荧光谱，并基于原始荧光谱得到氦离子的速度分布信息。 [0075] 可以理解，本实施例的聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量系统，通过向聚变堆真空室内发射扫描激光，将处于第一能级的部分电子激发至第二能级，从而猝灭原本电子由第一能级向第三能级跃迁所产生的荧光信号，并且同时对第二能级的电子跃迁至第一能级时所产生的共振荧光信号、第一能级的电子跃迁至第三能级时所产生的自发辐射荧光信号分别进行波长扫描，从而分别得到共振荧光谱和猝灭荧光谱。由于核聚变等离子体被认为是处于热平衡状态，同时同一物种粒子并不存在温度和速度上的差异，因此速度分布并不会出现明显的差距，因此，直接将共振荧光谱和猝灭荧光谱进行拼接即可得到原始的速度分布谱信息，从而得到氦离子的速度分布信息。本发明提出了一种全新的激光猝灭荧光诊断(Laser Induced Quenching，LIQ)方案，相比于现有的LIF(laser induced fluorescence，激光诱导荧光)方案而言，无需从极强的背景辐射下提取出受激发后的荧光信号，而是直接将背景辐射信号(即从第一能级向第三能级自发跃迁产生的荧光信号)作为信号源来测量速度分布信息，并且考虑到核聚变等离子体的特性，将LIQ方案与激光共振荧光(Laser Resonance Fluorescence，LRF)方案相结合，可以直接测量得到原始的速度分布谱信息，大大简化了原始谱的还原过程，提高了氦离子速度分布测量结果的准确度。并且，在一次扫描激光的激发下可以同时进行激光猝灭荧光诊断和激光共振荧光诊断，能够在放电过程中对氦离子速度分布进行实时测量，为聚变堆等离子体的稳定运行提供了有力支持。 [0076] 另外，本发明的另一实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如上所述的方法的步骤。 [0077] 另外，本发明的另一实施例还提供一种计算机可读取的存储介质，用于存储进行聚变堆中偏滤器区域的氦离子速度分布测量的计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时执行如上所述的方法的步骤。 [0078] 一般计算机可读取存储介质的形式包括：软盘(floppy disk)、可挠性盘片(flexibledisk)、硬盘、磁带、任何其与的磁性介质、CD‑ROM、任何其余的光学介质、打孔卡片(punch cards)、纸带(paper tape)、任何其余的带有洞的图案的物理介质、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、可抹除可编程只读存储器(EPROM)、快闪可抹除可编程只读存储器(FLASH‑EPROM)、其余任何存储器芯片或卡匣、或任何其余可让计算机读取的介质。指令可进一步被一传输介质所传送或接收。传输介质这一术语可包含任何有形或无形的介质，其可用来存储、编码或承载用来给机器执行的指令，并且包含数字或模拟通信信号或其与促进上述指令的通信的无形介质。传输介质包含同轴电缆、铜线以及光纤，其包含了用来传输一计算机数据信号的总线的导线。 [0079] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 [0080] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。 [0081] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。 [0082] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。 [0083] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。 [0084] 尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。 [0085] 显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。 |
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