Spektroszkópiai mérések kiértékelése és modellezése a Wendelstein 7-X sztellarátor alkáli atomnyaláb diagnosztikáján
A Wendelstein 7-X sztellarátor a világ jelenlegi legnagyobb és legfejlettebb olyan fúziós berendezése, melyben a plazmát kizárólag külső tekercsekkel előállított mágneses térrel tartják össze. A plazma szélén az elektronsűrűség mérésére az EK kutatói építettek és üzemeltetnek egy alkáli (nátrium) atomnyaláb diagnosztikát. A dolgozatban a diagnosztika más plazmaparaméterek mérésére való felhasználhatóságát vizsgáljuk meg.
Az ionok hőmérsékletének meghatározása fúziós plazmákban összetett feladat. Egyik módja, hogy a plazmába lőtt semleges atomnyalábok részecskéinek ionokkal történő ütközését használják fel, mivel ezen kölcsönhatások során az ionok elektronokat vehetnek át a semleges atomokról töltéscserével. A plazmát alkotó ionokban ezen elektronok rendszerint gerjesztett energiaszintekre kerülhetnek, ebből kifolyólag anyagra elemre jellemző karakterisztikus sugárzásokat bocsátanak ki. Spektrométerrel mérve ezen sugárzások hullámhossz szerinti eloszlását, a vonalak Doppler-kiszélesedésének meghatározásán át az ionok hőmérséklete kiszámítható. Ezt nevezik töltéscsere spektroszkópiának.
A Wendelstein 7-X sztellarátoron alkalmazott diagnosztikai nátrium atomnyaláb az ionok hőmérsékletén túl egy másik fizikai mennyiség meghatározására is lehetőséget szolgáltathat. A nátrium atomok kölcsönhatnak a plazma részecskéivel, így gerjesztődnek, majd fényt bocsátanak ki, amelyet szintén lehet mérni hullámhossz szerint. A nátrium dublett Zeeman-felhasadt spektrumából a mágneses térerősség elméletileg meghatározható. Gyakorlatban a mérést nehezíti, hogy a fényt gyűjtő lencse kiterjedése nem elhanyagolható az azon belüli megfigyelési irányok szempontjából, így a spektrumvonalak komponenseit "összemossa" a lencse. Minél nagyobb a fényt fókuszáló lencse, annál több fotont tud detektálni a spektrométer, így az intenzitások hibája csökken. Azonban a nagyobb lencsék jobban elmossák a spektrumvonalak komponenseit. Ebből következik, hogy kell lennie egy optimális összeállításnak, amelynél a mérési hibának minimuma van. További problémát jelenthet a gyakorlatban az ideális megfigyelési irány megtalálása.
Jelen dolgozat egyik célja a Wendelstein 7-X sztellarátoron mért néhány olyan spektrumvonal Doppler kiszélesedésének meghatározása, amelyeket az alkáli nyaláb gerjeszt, így az őket kibocsátó ionok helye pontosan meghatározható. A dolgozatban kiszámításra kerül a spektrumvonalak kiszélesedése alapján az ionok hőmérséklete és annak hibája. Ezen felül megállapításra kerül egy tervezett összeállításhoz tartozó mérési hiba. A dolgozat másik célja modellezés segítségével az ideális mérési összeállítás megtalálása a Zeeman felhasadás segítségével történő mágneses tér méréshez, valamint a modellezés korábbi mérések segítségével történő validálása.
