index

Měření UV propustnosti skel
Umístění a měření s UV lampou uvnitř tokamaku
Měření
Závěr
Odkazy
Dodatek

#Předionizace s pomocí UV lampy

Cílem měření je zjistit proveditelnost předionizační fáze na tokamaku Golem pomocí UV lampy (fotoionizace). Měření se bude skládat z testování UV propustnosti skleněných vzorků, které by se eventuelně umisťovaly na diagnostické porty. Pak proběhne samotné měření předionizace, kde umístění lampy (v nebo vně tokamaku) záleží na výsledcích prvního měření. Snahou bude dokázat možnost průrazu a vzniku plazmatu při předionizaci UV lampou, a to alespoň pro nějaké konkrétní parametry. V případě úspěchu budeme následně srovnávat předionizaci UV lampou a elektronovou tryskou.

Měření UV propustnosti skel

Nejprve byla měřena průchodnost světla přes 6 skleněných vzorků o neznámých parametrech (Obr.1). Experimentální aparaturu můžeme vidět na Obr.2. Nejprve jsem měřila závislost intenzity světla na jeho vlnové délce přímo, tj. experimentální uspořádání bez žádného vzorku. Následně jsem tuto závislost proměřila pro každý vzorek zvlášť. V grafech pro skla č.1-6 vidíme vždy referenční křivku průchodnosti (tj. bez vzorku mezi optickým vláknem a UV lampou), která je vynesena modře a křivku průchodnosti se vzorkem – vynesena červěně. V grafech nás zajímá průchodnost UV světla, tedy světla o vlnových délkách 200-400 nm.

Přirozeně, červená křivka nesmí přesahovat křivku modrou, protože intenzita prošlého záření za vzorkem bude vždy nižší. V grafech však tato situace nastává pro graf vzorku č.3, jedná se o hrubou chybu měření, nebo záření z jiných experimentů, které mohly naše měření ovlinit. Tyto chyby se ale nevyskytují v oblasti zájmu (UV), požadované výsledky můžeme tedy získat i s těmito nepřesnostmi.

Podívejme se na jednotlivé grafy podrobněji. První vzorek v oblasti 200-400 nm propuští jen velmi málo světla, a to navíc jen v oblati píků, cca do 1/3 výšky píků původních. Druhý vzorek nepropuští světlo ve vlnových délkách 200-300 nm vůbec, naopak v 300-400 nm propouští téměř vše. V měření třetího vzorku došlo k měřící chybě. Zdá se, že výsledky by nebyly lepší než pro vzorek č.2. Z těchto důvodů se nebudeme vzorkem č.3 zabývat. Vzorky č. 4 a 6 nepropouští v UV oblasti téměř nic a jsou tedy pro nás nevyhovující. Poslední vzorek č. 5 se zdá být nejvhodnější, propouští dostatečné množství světla v celé UV oblasti. V úvahu by připadalo také měření se vzorkem č. 2.

alt Obr.1: Vzorky skla č.1-6 alt Obr.2: Měřící aparatura

alt text

K měření jsem vybrala vzorek č.5. Při montáži na diagnostický port bohužel došlo k prasknutí vzorku. Z tohoto důvodu byla UV lampa umístěna přímo přes diagnostický port do tokamaku.

Při úvaze zjistíme, že vzorky skel, které bychom eventuelně připevnili na diagnostické porty a svítili přes ně lampou do tokamaku, by měli proupoštět UV o velmi malých vlnových délkách - pod 100 nm. Tento údaj lze spočítat z ionizačního potenciálu vodíku, který činí 13,53 eV (resp. 1312 kJ/mol). Tento údaj se dá spočíst ze vzorce λ = ħc / E, kde λ je vlnová délka, a E je energie připadající na jeden foton. Pro měření propustnosti vzorků v těchto vlnových délkách jsem bohužel neměla dostatečně citlivé optické vlákno (to začínalo snímat až od hodnot kolem 200 nm). Je tedy možné, že vzorek č.5 by stejně nebyl k experimentu vhodný.

Umístění a měření s UV lampou uvnitř tokamaku

UV lampa byla z výše uvedených důvodů umístěna přímo přes diagnostický port do tokamaku jako vidíme zde:

Na nádledujícím obrázku je vyfoceno světlo vydávané UV lampou v tokamaku, obrázek je pořízen IP kamerou.

##Předběžné měření (kontrola správnosti umístění lampy)

V prvním předběžném měření jsme vyčerpali komoru na cca 6,1 mPa a provedli několik shotů. Na následujícím obrázku vidíme srovnání napěťových charakteristik pro dva shoty se stejnými parametry (napětí na cívce toroidálního magnetického pole 600 V, napětí na cívce poloidálního magnetického pole 400 V, tlak vodíku 10 mPa). Jeden výstřel je však bez předionizační fáze (plazma nevzniklo), druhý s předionizační fází uskutečněnou pomocí UV lampy (plazma vzniklo - vidíme charakteristický pokles v napětí).

Výstřely proběhly dle očekávání, významná změna v tlaku, kterou by mohla způsobit tepelná emise a uvolňování iontů z lampy, také nenastala. Vše vypadalo v pořádku, a proto jsme přistoupili k dalšímu měření.

Měření

Vakuum v komoře tokamaku bylo vyčerpáno na hodnotu 4,8 mPa.

Pro každou měřící konfiguraci jsem provedla kontrolní měření pro vakuum (kdy neočekáváme průraz, který by znamenal přítomnost kosmického záření). Pro přehlednost a možnost lepšího srovnání jednotlivých konfigurací nebudu grafy nápětí na závit (pro vakuový výstřel a výstřel s předionizací pomocí UV lampy/termoemisní tryskou) uvádět v hlavní stati protokolu měření. Lze je však dohledat v samostatné kapitole Dodatek, umístěné na samotném konci za Odkazy.

toroidální cívka 650 V, poloidální cívka 400 V, 10 mPa tlak vodíkového plynu, Tcd 1000 ms

Na grafu srovnání napěťových charakteristik pro vakuový výboj (bez předionizace) a shot s předionizací UV lampou vidíme malý pokles na křivce pro UV lampu. Nedochází k průrazu plazmatu, křivka však nemá srovnatelný průběh s vakuovým výbojem. Experiment s těmito parametry jsem zkusila proměřit dvakrát - s nadějí, že delší náběh UV lampy prohloubí malý dolík její napěťové charakteristiky. Výsledek byl ale spíš horší. Zdá se tedy, že doba nájezdu UV lampy (samozřejmě pokud není neúměrně krátká) nemá vliv na průraz této konfigurace. Něco se zde ale děje, jak je zřejmé i z dalších měření.

První experiment:

srovnání nápětí na závit pro výstřel s přeionizací pomocí UV lampy (zeleně) a výstřel s předionizací pomocí trysky (modře)

Druhý experiment:

srovnání nápětí na závit pro výstřel s přeionizací pomocí UV lampy (zeleně) a výstřel s předionizací pomocí trysky (modře)

toroidální cívka 800 V, poloidální cívka 400 V, 10 mPa tlak vodíkového plynu, Tcd 1000 ms

Podobně jako v předchozím experimentu i při nynější konfiguraci při předionizaci UV lampou nedošlo k průrazu, ale stejně jako dříve na napěťové charakteristice vidíme malý pokles.

srovnání nápětí na závit pro výstřel s přeionizací pomocí UV lampy (zeleně) a výstřel s předionizací pomocí trysky (modře)

toroidální cívka 850 V, poloidální cívka 400 V, 14 mPa tlak vodíkového plynu, Tcd 1000 ms

Stejně jako v předchozích experimentech - pro předionizaci UV lampou bez průrazu, avšak malý pokles v napěťové charakteristice opět přítomen.

srovnání nápětí na závit pro výstřel s přeionizací pomocí UV lampy (zeleně) a výstřel s předionizací pomocí trysky (modře)

Průraz při předionizaci UV lampou: toroidální cívka 700 V, poloidální cívka 400 V, 10 mPa tlak vodíkového plynu, Tcd 1000 ms

Při dané konfiguraci se podařilo dosáhnout průrazu plazmatu i předionizací UV lampou. Pro ověření prvního výsledku jsem provedla 5 sad měření o daných parametrech. 4 z těchto měření můžeme považovat za úspěšná, v jednom případě jsem naměřila opět jen charakteristické prohloubení v napěťové charakteristice, plazma však nevzniklo. Ze srovnání UV lampy a elektronové trysky vidíme, že průraz pro předionizaci UV lampou nastává později a při vyšším napětí. Použití elektronové trysky se tedy zatím stále jeví jako vhodnější.

První experiment:

srovnání nápětí na závit pro výstřel s přeionizací pomocí UV lampy (zeleně) a výstřel s předionizací pomocí trysky (modře)

Druhý experiment:

srovnání nápětí na závit pro výstřel s přeionizací pomocí UV lampy (modře) a výstřel s předionizací pomocí trysky (zeleně)

Třetí experiment:

srovnání nápětí na závit pro výstřel s přeionizací pomocí UV lampy (zeleně) a výstřel s předionizací pomocí trysky (modře)

Čtvrtý experiment:

srovnání nápětí na závit pro výstřel s přeionizací pomocí UV lampy (modře) a výstřel s předionizací pomocí trysky (zeleně)

Pátý experiment:

srovnání nápětí na závit pro výstřel s přeionizací pomocí UV lampy (zeleně) a výstřel s předionizací pomocí trysky (modře)

Závěr

Cílem měření bylo zjistit proveditelnost předionizační fáze na tokamaku Golem pomocí UV lampy (fotoionizace). Měření se skládalo z testování UV propustnosti skleněných vzorků, které měly být umístěny na diagnostické porty a měření průrazu samotného. Jediný použitelný skleněný vzorek byl však při montáži rozbit a tak jsme umístili UV lampu přímo do tokamaku. Průrazu při předionizaci UV lampou jsem dosáhla pro parametry: toroidální cívka 700 V, poloidální cívka 400 V, 10 mPa tlak vodíkového plynu, Tcd 1000 ms. Ze srovnání UV lampy a elektronové trysky vidíme, že průraz pro předionizaci UV lampou nastává později a při vyšším napětí. Použití elektronové trysky se tedy zatím stále jeví jako vhodnější. Předmětem dalšího zkoumaní by mělo být další opakování experimentu a především rozšíření počtu konfigurací, při kterých lze průraz při předionizaci UV lampou pozorovat.

Odkazy