A KSTAR tokamak nyalábemissziós diagnosztikájában működő leképező rendszer tervezése és tesztelése
A KSTAR tokamak nyalábemissziós diagnosztikájában működő leképező rendszer tervezése és tesztelése
Czopf Anna, MSc I. évf.
Konzulensek: Dr. Erdei Gábor, Atomfizika tanszék
Dr. Pokol Gergő, Nukleáris Technikai Intézet
Jelenleg zajlik a Dél-Koreában (Daejeon) nemrégiben megépült KSTAR tokamak [1] kísérleti eszközökkel történő felszerelése. Az egyik ilyen eszköz egy több detektorral ellátott leképező rendszer, amely a plazma fűtőnyalábjának térbeli fényeloszlását vizsgálja [2]. A műszer két részből áll: az egyik egy periszkóp-szerű optika, amely a fúziós tér egy tartományát képezi le a reakotoron kívülre, a másik pedig egy detektor rendszer, amely a leképzett fényeloszlás alapján vizsgálja a fűtőnyaláb térbeli, időbeli fluktuációit.
A leképező rendszer tervezésénél a legnagyobb kihívást az jelenti, hogy a tokamak belső terének képét egy 150 mm átmérőjű, 2 m hosszú csövön kell kivezetni. Ez indokolja a periszkóp-szerű elrendezést [3]. Az alkalmazott lavinadióda detektorok térbeli mintavételezése alacsony (kb. 10 mm-es tárgytérbeli felbontás), azonban egy nagyobb felbontású képet is ki kell vetíteni egy CCD kamera számára, amit a térbeli kalibrációhoz használunk. A rendszer sarkalatos pontja egy, a beesési szögre rendkívül érzékeny színszűrő, amelyet a detektorok elé kell helyezni, hogy a fűtőnyalábból és a plazma egyéb részeiből érkező sugárzást spektrálisan le tudjuk választani. További követelmény, hogy a tárgytér különböző pontjait pásztázással tudjuk a lavinadióda detektormátrix kisméretű érzékelő felületére leképezni.
Munkám első lépéseként összeállítottam a specifikációt, majd két koncepciót modelleztem le paraxiális közelítésben. Ezek közül a megfelelőbbet kiválasztva felépítettem a valós rendszer vázát és közreműködtem ennek optimalizációjában. Konkrét feladatom az optikai tulaj-donságok vizsgálata volt: képanalízis, a szóródási foltok és a rendszer transzmissziójának elemzése a tervezés különböző fázisaiban, részrendszerenként és a teljes berendezés esetén. A rendszer összeállításában és tesztelésben is részt vettem Dél-Koreában, ahol a beállításhoz szükséges analíziseket végeztem. Végezetül a tesztelési eredményeket kiegészítő optikai szimulációk segítségével ellenőriztem.
TDK dolgozatomban bemutatom a tervezés során végzett munkámat, a végleges optikai rendszert és a tesztelési eredményeket.
Irodalom:
1. G. S. Lee et al., „Design and construction of the KSTAR tokamak”, National Fusion 41 1515 R&D Center, Korea Basic Science Institute, Taejon, (2001).
2. A. R. Field, D. Dunai, N. J. Conway, S. Zoletnik, J. Sárközi, „Beam emission spectroscopy for density turbulence measurements on the MAST spherical tokamak” Review of Scientific Instruments 80, 073503, (2009).
3. D V Udupa, Sanjiva Kumar, „Optical design of a 10 meter remote viewing periscope using radiation hard glasses”, Spectroscopy Division, Bhabha Atomic Research Centre, Mumbai, (2009).
