Revision 82dd582045b2ec890b46e78d5419389be4916146 (click the page title to view the current version)
Changes from beginning to 82dd582045b2ec890b46e78d5419389be4916146
---
format:markdown
...
# **Wall conditioning metody na tokamaku GOLEM - Spektrometrie doutnavého výboje**
## **Motivace**
Reziduální plyny mají velký vliv na kvalitu výboje, ohřívají se zároveň s hlavním výbojovým plynem a tuto energii odvádějí přes rekombinační záření pryč z plazmatu. Na hlavní plyn tak zbývá méně cenných Ws pro jeho ohřev, díky tomu se dosahuje nižší elektronové teploty i kratší doby udržení.
Zároveň navazuji na výsledky předešlého průzkumu výbojů před a po GD na tokamaku GOLEM.
<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/Prezentace_mezivysledku_250916.pdf" target="_blank"> Prezentace mezivýsledků </a>
## **Úvodní prezentace**
<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/Prezentace_zameru.pdf" target="_blank"> Úvodní prezentace </a>
### **Cíle**
Na základě pozorování pozitivní změny v parametrech plazmatu po čištění komory od nežádoucích příměsí pomocí doutnavého výboje (dále jen GD - glow discharge) bude provedeno měření spektra GD na tokamaku GOLEM.
Nejprve informativní, později, v případě pozitivních výsledků, bude diagnostika integrována do systému.
Zároveň, pokud bude v provozu hmotnostní spektrometr, budeme moci hrubě (bez absolutní kalibrace) odhadnout vliv GD na vbytkové nežádoucí plyny v komoře tokamaku GOLEM.
Jelikož spektrum doutnavého výboje nebylo na tokamaku GOLEM dosud měřeno, má toto měření jednak informační charakter - zjistit jak se chovají čáry výbojového plynu v čase
a zároveň zjistit, zda záření příměsí není dostatečně silé, abychom detekovali změnu intenzity záření v průběhu doutnavého výboje a mohli tak částečně, hraje zde roli i tlak apod,
potvrdit, že dochází k omezení nečistot a zda toto měření není zajímavé pro stanovení vhodné délky čištění komory při kontinuálním měření během doutnavého výboje a tím
zvýšit využití tokamaku.
Cíle praktika jsou:
1. adaptovat skripty určené pro měření spektra pomocí optického spektrometru HR2000+ k samostatnému měření (vychází ze skriptu pro standardní výboj v tokamaku)
2. vyzkoušet z algoritmus na hledání peaků pro několik výbojek s různými plyny (He, CO, H$_2$, N$_2$) a provést identifikaci spektra
3. proměřit několik spekter v průběhu doutnavého výboje, identifikace spektrálních čar a jejich vývoj v čase, zobrazení hlavních čar, vyhodnocení zda se projevuje nějaký trend (oba plyny H a He)
4. pozorování vlivu GD v H a He na výboj
Doprovodné práce:
1. Zobrazení logu jako standartní diagnostiku (tlak v komoře, vnější teplota komory)
2. Rozpracování možnosti využití hmotnostního spektrometru pro možné srovnání s výsledky experimentu (instalace, získávání a zpracování dat pomocí OPC)
## **Teorie a experimentální uspořádání**
### **Měření spekter doutnavého výboje**
Optický spektrometr HR2000+ (schema na Obr. 3) přijímá světlo přes vstupní štěrbinu, do které je vedeno optickým vláknem a měří v pásmu 200-1100 nm na 2048 kanálech (pixelech). Optické vlákno <a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/Tokamak/VacuumVessel/Flanges/OO_OpticalFibreFeedThrough/" target="_blank"> (viz) </a> vidí do komory přes optickou průchodku (Obr. 1)
jejíž otvor má průměr 0,2 mm.
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/optPruchodka.jpg"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/optPruchodka_resized.jpg" width="15%"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/optVlaknoNorthUpperPort.jpg"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/optVlaknoNorthUpperPort_resized.jpg" width="15%"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/JVPortImprovizace.jpg"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/JVPortImprovizace_resized.jpg" width="15%"></a>
Obr. 1 Optická průchodka, experimentální uspořádání - přívod optického vlákna spektrometru HR2000+ k hornímu severnímu portu, uspořádání pro měření H-GD na bočním JV portu.
Předpokládáme, že během experimentu se optickým vláknem nehýbá a nemění
se tak jeho optické vlastnosti. Druhý konec vlákna je umístěn za skleněné vakuové zakončení severního horního portu tokamaku v zatemněné části, aby nebyl detegován sušivý signál od běžného provozu tokamaku. GD je snímán kontinuálně po celou dobu trvání a je provedeno i několik měření před a po výboji pro referenci. Specifikace spektrometru HR2000 je uvedena
dokumentaci <a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/" target="_blank"> HR2000+ </a> a <a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/HW/OpticalInstruments/Spectrometry/OceanOptics/" target="_blank"> HR2000+ - golem wiki </a>
Doutnavý výboje je výboj v plynu o tlacích p ~ Pa. Vznikne zvýšením napětí řádově stovky V a proudu z Towsendova výboje, přičemž ionty mají již dostatek energie k sekundární emisi elektronů z katody, ale ještě ne dost na to, aby vytvořili oblouk. Stabilní výboj se na VA charakteristice nachází v oblasti G (Obr. 2). Čárové záření je způsobeno rekombinací iontů a volných elektronů.
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/glow_discharge_wiki_VA_Charakteristics.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/glow_discharge_wiki_VA_Charakteristics.png" width="30%"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/GD_H_resized.jpg"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/GD_H.jpg" width="30%"></a>
Obr. 2 VA charakteristika doutnavého výboje - zdroj [4], foto doutnavého výboje ve vodíku.
Doutnavý výboj v tokamaku je specifický tím, že anoda je zpravidla mnohem menší než katoda, kterou tvoří vnitřní plášť tokamaku. Anodou je zasunutá elektroda <a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/Tokamak/Equipment/BiasingElectrode/" target="_blank"> (viz) </a>, na kterou je přivedeno napětí vůči komoře.
V některých případech se pro doutnavý výboj používá několik elektrod. Samotným výbojem prochází cca 0,5 A za poměrně vysokého tlaku - v našem případě řádu jednotek Pa (viz sekce Chamber status log).
Výhodou použití vodíku je dobré čištění od sloučenín O a C jako H$_2$O, CO a CH$_4$ a až o tři řády snižuje koeficitenty ionty buzené desorpce [2]. Kvůli jiným nevýhodám se používají mixy s intertními plyny např. Ar [3]. Výhodou použití He je inerce a ukazuje se, že má vyšší efektivitu čistit uhlíkovou stěnu [2]
Obr. 3 Schema spektrometru HR2000+, popis spektrometru
### **Chamber status - zobrazení tlaku v komoře a její vnější teploty**
Tlak je snímán tlakovou měrkou tvořenou dvěma doplňujícími se systémy. Při nízkých tlacích p < 1 Pa je měrka v Pirani modu, zatímco pro p > 1 Pa je měrka ve žhaveném modu viz
<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/HW/Vacuum/ChamberGauge/" target="_blank"> (dokumentace). </a> Pro přesné určení parciálních tlaků bychom museli použít pro kalibraci např kvadrupolový hmotnostní spektrometr.
Teplota je snímána termočlánkem zasunutým mezi měděný plášť a komoru.
### **Hmotnostním spektrometr**
Kvadrupólový hmotnostní spektrometr je připojen k zařízení na severozápadním bočním portu, kde je zároveň umístěna turbomolekulární vývěva.
Spektrometr sestává ze dvou filamentů pro ionizaci vstupujícího plynu a kvadrupólu, mezi jehož elektrodami se s vysokou frekvencí mění napětí podle Vcos($\omega$t) a tím i elektrické pole uvnitř. Ionty poté dopadají na
detektor iontů - Faradayův hrníček, vodivou dutinku, jejíž výstup je proud odpovídající dopadajícímu náboji. Kvadrupólem projdou při zadaných parametrech jen částice s odpovídajícím poměrem hmotnost/náboj.
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/HMS/Pfeiffer Mass Spectrometer_fundamentals.pdf" target="_blank"> (dokumentace a princip kvadrupolového hmotnostního spektrometru) </a>.
## **Report**
### **Měření spekter doutnavého výboje**
Nejprve bylo zapotřebí se seznámit s ovládáním optického spektrometru HR2000+. Skripty sloužící ke standartní diagnostice výboje vytvořil T. Odstrčil a jsou dostupné na servru spektrometru. Původní
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectroscopy/SpectrometerControl.py" target="_blank"> skript </a> je určen pro plazma při výboji v integračních časech 1.67 ms (dáno rychlostí zpracování dat pc - nejmenší integrační doba spektrometru je dle dokumentace 1.0 ms)
a mění se přímo v ovládacím souboru "SpectrometerControl.py". Při provedených měřeních byla integrační doba 0,5 s. Upravená verze pro GD
<a href="http:/golem.fjfi.cvut.cz/wiki/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/spectrometerDataProcVer2.py" target="_blank"> (upraveny skript) </a>
Ovládací parametry jsou v konfiguračním souboru <a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/tokamak_GOLEM.cfg" target="_blank"> tokamak_GOLEM.cfg </a> - zde se nastavuje
délka trvání plazmatu a tudíž i počet snímání v průběhu výboje.
postup pro měření a další info k použitým skriptům:
<a href="http:/golem.fjfi.cvut.cz/wiki/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/STANDARTNÍ POSTUP MĚŘENÍ.TXT" target="_blank"> Postup měření spektra GD </a>
#### **Měření 24.04.2017:**
Bylo doladěno spouštění spektrometru přes příkazovou řádku z GOLEM servru a proměřen heliový doutnavý výboj 2x po sobě a mezi výboji ještě proběhlo vypékání, jak je vidět z Obr. 9 grafu
tlaku a teploty ze dne měření, kdy teplota komory stoupla vlivem indukčního ohřevu cca na 170°C. Integrační doba pro měření spektrometrem byla nastavena na 100 ms. Byl pozorován nárůst intenzit mezi 12:53 a 12:58, což se dá interpretovat jako postupné čištění výboje od reziduálních plynů. Komora byla v té době v horší kondici. Samotný výboj od začátku výrazně změní barvu, což je pozorovatelné právě i na spektru v počáteční fázi výboje.
Bohužel ale nebyly pozorovány emisní čáry reziduálních plynů, které byly pravděpodobně vzhledem k hlavnímu plynu výboje velmi slabé. To ovšem neznamená, že doutnavý výboj nepracuje.
Při vyražení částice ze stěny, nemusí dojít k ionizaci. Je ovšem pozorovatelná změna složení jednotlivých čar hlavního plynu doutnavého výboje. Nemusíme tedy sledovat přímo jednotlivé čáry
reziduálních plynů, ale postačí sledovat vývoj čar nosného plynu, než se tyto ustálí. Lepší informaci o odplynění bychom měli získat díky hmotnostnímu spektrometru před a po doutnavém výboji.
Jelikož pro spektrometr QMA-220 jsou tlaky při GD hraniční, je vhodnější jej při GD nezatěžovat. Peaky byly proloženy gaussovou křivkou v devíti bodech pro získání přesnější hodnoty maxima intenzity
a příslušné vlnové délky. Pro další parametry peaku jako FWHM pro určení rozšíření spektrální čáry, např. v případě standartních výbojů, kdy nás tyto vlastnosti zajímají, bychom měli fitovat
cauchyovou funkcí: <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Cauchy_distribution" target="_blank"> viz </a>.
Video z měření (<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/240417He.mpeg" target="_blank"> mpeg </a>)
#### **Měření 4.5.2017:**
Při tomto měření zůstalo zachováno experimentální uspořádání jako v pokusu 24.4.2017, ale byla zvýšena integrační doba na 500 ms. Výsledkem jsou výraznější spektra helia, ale pokles intenzit některých
reziduálních prvků pozorován nebyl. Bude tedy nutné počkat, až budeme moci vyhodnotit data před a po výboji pomocí hmotnostního spektrometru. Video z měření (<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/050517He.mpeg" target="_blank"> mpeg </a>) Ukázka vyhodnocení spekter na animaci níže.
Obr. 5 Spektrum He GD z měření 4.5.2017. Uvedené vlnové délky nejsou tabulkové hodnoty spektrálních čar, ale fitované hodnoty.
<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/050517He.mpeg" target="_blank"> mpeg </a>
#### **Měření 5.9.2017:**
Bylo provedeno několik měření na vodíkovém GD. Nejprve na severním portu jako v předchozích případech, pak ale také na JV portu, kde je viditelná zářící anoda. Při sběru dat naproti elektrodě došlo k nasycení
detektoru, přesto můžeme říci, že intenzita hlavní čáry H-$\alpha$ byla více než 6x vyšší než v případě snímání na severním portu (viz Obr. 6), který je v podstatě na druhé straně komory od elektrody, a měření cca ve spodní části
JV portu ukázalo cca 4x vyšší intenzitu než v případě severního portu. Otázkou tedy je, jak efektivní čištění komory je mimo oblast elektrody. Na obou spektrech na JV portu se například objevuje pík uhlíku, který na severním portu pozorován není. Nicméně po vyražení částice nemusí dojít k ionizaci.
Video z měření na severním portu - standardní uspořádání s průchodkou (<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/050917H.mpeg
" target="_blank"> 050917H.mpeg </a>)
Video z měření na JV portu v horní části - mířeno na anodu - přes sklo(<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/050917H_JVPortHor.mpeg
" target="_blank"> 050917H_JVPortHor.mpeg </a>)
Video z měření na JV portu ve spodní části, měřeno přes sklo (<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/050917H_JVPortSpod.mpeg" target="_blank"> 050917H_JVPortSpod.mpeg </a>)
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/34_050917NorthPort.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/34_050917NorthPort.png" width="30%"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/41_050917JVPortHor.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/41_050917JVPortHor.png" width="30%"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/34_050917JVPortSpod.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/34_050917JVPortSpod.png" width="30%"></a>
Obr. 6 Měření vývoje spekter vodíkového doutnavého výboje 5.9.2017. Zleva - Severní port, JV port - mířeno na anodu, JV port - 2 cm od spodního kraje.
### **Instalace hmotnostního spektrometru 3.4.2017**
První instalace byla provedena Jánem Uličným. Měření však ukazovala nesmyslná data.
První odhady chyby vedly ke špatné ionizační trysce. 10.5.2016 byl modul převezen na přezkum do ústavu v Troji. Nakonec se však ukázalo, že při první instalaci byl zvolen nevhodný průměr potrubí
do něhož je detektor zasunut a došlo proto k vodivému spojení s celou komorou tokamaku.
Bylo proto nutné instalovat detektor do většího průměru a zároveň byl oddělen od komory keramickým válcem coby galvanickým oddělením vhodným pro vakuum. Tato opravná instalace byla provedena 3.4.2017 (viz Obr. 7). Detektor zároveň
dostal přidělenou IP adresu v interní síti: 192.168.2.10. Použití hmotnostního spekrometru by mohlo být velmi široké, od kalibrace tlakové měrky, použití jako hlásič helia při hledání netěsností po měření reziduálních
plynů a zefektivnění wall conditioning metod.
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/HMS/test prisma Pfeiffer_predOpravou.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/HMS/test prisma Pfeiffer_predOpravou.png" width="30%"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/HMS/basic-scan_analog_predOpravou.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/HMS/basic-scan_analog_predOpravou.png" width="30%"></a>
Obr. 7 Výstup z hmotnostního spektrometru při špatné instalaci.
Dokumentace k přístoji a ovládání jsou ve složce:
<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/HW/Vacuum/Specialities/MassSpectrometere/Pfeiffer/"> (HMS docs) </a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/HMS/HMS5.jpg"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/HMS/HMS_resized5.png" width="15%"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/HMS/HMS1.jpg"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/HMS/HMS_resized1.png" width="15%" target="blank"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/HMS/HMS2.jpg"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/HMS/HMS_resized2.png" width="15%" target="blank"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/HMS/HMS3.jpg"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/HMS/HMS_resized3.png" width="15%"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/HMS/HMS4.jpg"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/HMS/HMS_resized4.png" width="15%"></a>
Obr. 8 Instalace hmotnostního spektrometru.
### **První měření s hmotnostním spektrometrem**
Data a ovládání je zajištěno přes ethernet.
Ovládání spektrometru je možné z Windows manuálně pomocí programu QUADERA (dokumenty <a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/HMS/" target="_blank"> zde </a>)
Prvním měřením byla otestována funkčnost přístroje po předchozích problémech s dotykem části detektoru s kovovým potrubím. Bylo proměřeno několik stavů otevření heliového
ventilu a zároveň jsme otestovali připojení výstupu z tlakové měrky, kterou lze připojit k diagnostice a v systému díky tomu kromě signálu z měření množství iontů, vidíme i tlak v komoře, což se
bude hodit pro kalibraci tlakové měrky pomocí spektrometru (Obr. 9).
<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/HW/Vacuum/Specialities/MassSpectrometere/Pfeiffer/Commisioning/0417BL_Intro/20170403%20050406%20Faraday%20Leaktest.asc">data</a>.
Pro integraci do systému je nutné umožnit automatické sbírání dat. Jednou z uvažovaných variant je použití OPC servru, který běží na spektrometru,
pro připojení je potřeba OPC klient na straně uživatele <a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/HMS/BG5215BE%20-%20funkce%20OPC.pdf"> (viz dokumentace) </a>
Tato varianta zatím nebyla úspěšná, ačkoliv se podařilo získat aktuální data, nevedlo to k automatickému ukládání dat. Další nevyčerpanou možností je použití výstupu dat pomocí I/O nástavce spektrometru.
### **Chamber status**
Historicky se tlak v komoře zapisoval do vakuové knihy. Od 1.4.2016 je tlak zaznamenáván automaticky do <a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/logs/"> logu </a> společně s dalšími hodnotami jako teplota komory. Pro přehlednost byl vytvořen
<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/status/chamberStatus.php"> skript </a>, který důležité hodnoty vykresluje a je možné jej použít jednak pro získání přehledu o aktuálním tlaku a teplotě komory i pro historická data, pro která log existuje (nutno stáhnout skript a zapsat požadované datum). Po doladění lyoutu by měly být grafy historických hodnot dostupné přímo.
Díky tomu bylo např. zjištěno, že při doutnavém výboji se komora zahřívá za 30min cca na 50 °C a především, že záznam z tlakové měrky vykazuje občas výpadek při prudkém nárustu tlaku jakým je napouštění plynu pro doutnavý výobj.
V budoucnu by měl být status log, a tím i skript na zobrazení doplněny i o mimořádné události typu - otevření komory, doutnavý výboj, vypékání apod., což zpřehlední podmínky, za kterých se experimenty na tokamaku provádí. Vývoj parametrů pro dny, kdy probíhalo měření spekter doutnavého výboje je na následujících obrázcích. Data se bohužel nedají použít ke zjištění korelace mezi vyzařováním a tlakem, jelikož tlaková měrka při vyšších tlacích nesbírala data.
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/ChamberStatus/240917chamberstatus.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/ChamberStatus/240417chamberstatus.png" width="30%"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/ChamberStatus/040517chamberstatus.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/ChamberStatus/040517chamberstatus.png" width="30%"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/ChamberStatus/050917chamberstatus.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/ChamberStatus/050917chamberstatus.png" width="30%"></a>
Obr. 10 Chamber status - vykreslení tlaku a teploty komory pro dny, kdy byla prováděna měření na doutnavém výboji.
### **pozorování a identifikace spekter výbojek 19.9.2016**
Bylo pozorováno několik spekter výbojek s plyny H$_2$,N$_2$,CO, Ne a He. Proběhlo naladění vhodné integrační doby. Vzhledem k malé knihovně spekter se však podařilo identifikovat jen několik čar.
Skript pro identifikaci byl vyvíjen až později. Podařilo se alespoň zjistit příslušné vlnové délky peaků. Nejjednoduší byla indentifikace spekter inertních plynů He a Ne, které netvoří molekuly.
Z obrázků pro CO a N$_2$ je vidět, že jednoduché přiřazení databáze bez uzpůsobení algoritmu a preference konkrétních prvků se neobejdeme. Skript zároveň neumí řešit situaci saturace detektoru, kdy má
peak flat top.
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/tubes_spectra/Ne_100ms.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/tubes_spectra/Ne_100ms.png" width="30%"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/tubes_spectra/H2_100ms.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/tubes_spectra/H2_100ms.png" width="30%"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/tubes_spectra/Helium_100ms.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/tubes_spectra/Helium_100ms.png" width="30%"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/tubes_spectra/CO_100ms.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/tubes_spectra/CO_100ms.png" width="30%"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/tubes_spectra/N2_100ms.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/tubes_spectra/N2_100ms.png" width="30%"></a>
Obr. 11 Spektra výbojek postupně s plyny: Ne, H$_2$, He, CO, N$_2$
## **pozorování vlivu GD v H a He na výboj:**
V září roku 2016 bylo provedeno několik výbojů před a po doutavém výboji čísla výstřelů v textových souborech <a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/parametry_plazmatu/">zde</a>.
Toto navazovalo na rešerši v historických datech výbojů, kdy bylo zjištěno, že nebyla zatím na tokamaku GOLEM provedena podobná cílená studie, zkoumající vliv GD na parametry plazmatu.
Pro jednoduchost jsem vykresloval elektronovou teplotu T$_e$ a délku plazmatu. Dalším krokem by bylo zkoumání iniciace výboje (<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/wiki/TrainingCourses/FTTF/2016-2017/JakVev/index">viz praktikum Jakuba Veverky</a>).
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/parametry_plazmatu/He_campan.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/parametry_plazmatu/He_campan.png" width="30%"></a>
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/parametry_plazmatu/H_campan.png"><img src="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/parametry_plazmatu/H_campan.png" width="30%"></a>
Obr. 12 Elektronová teplota T$_e$ a délka výstřelu před a po GD v He a H.
## **Logbook**
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/logbook_souhrn"> logbook </a>
## **Skripty:**
Tlak / teplota log:
## **Skripty / Stranky:**
### **Spektrometrie doutnavého výboje:**
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/GD_Spectrometry/spectrometerDataProcVer3.py" target="_blank"> zpracovani dat GD spektra </a>
manuál pro měření a zpracování dat:
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/standartní postup měření.pdf" target="_blank"> manuál </a>
### **Status log:**
Aktuální Tlak / teplota log:
<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/status/chamber.php" target="_blank"> CHAMBER STATUS </a>
skripty a starší již vytvořené obrázky:
<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/status/" target="_blank"> CHAMBER STATUS SKRIPTY </a>
samotné LOG soubory:
<a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/logs/" target="_blank"> GOLEM LOGS </a>
##**Závěr**
V září r. 2016 bylo provedeno pozorování základních parametrů standartních výbojů jako délka a elektronová teplota před a po doutnavém výboji + porovnání vyzařování reziduálních plynů pomocí optického
spektrometru HR2000+. Bylo pozorováno prodloužení výboje a zvýšení elektronové teploty (Obr. 12). Byl tedy potvrzen všeobecně známý pozitivní vliv doutnavého výboje na kondici tokamaku.
Na tomto základě bylo provedeno měření emisních spekter doutnavého výboje s cílem zjistit, zda nebudou vidět dostatečně silné čáry reziduálních plynů, které by v průběhu doutnavého výboje měly
ubývat (Obr. 4,5 a 6). Dostatečně silné čáry však pozorovány nebyly ani pro jeden z doutnavých výbojů, kromě pozorování přímo proti anodě (srovnání na Obr. 6). Zde ovšem čára CI koreluje s čárou H$\alpha$ a bylo by vhodné provést delší doutnavý výboj a zjistit tak, zda čára CI-602 nm bude postupně ubývat.
Dále byl vytvořen skript pro zobrazení tlaku a teploty komory lze sledovat online na <a href="http://golem.fjfi.cvut.cz/status/chamber.php" target="_blank"> CHAMBER STATUS </a>.
Pro lepší určení změny parciálních tlaků reziduálních plynů byl reinstalován hmotnostní kvadrupólový spektrometr (Obr. 8), s nímž lze prozatím měřit spektra pouze pomocí programu QUADERA na systému Windows.
Připravuje se však automatizace a zařazení spektrometru do systému buď přímým sběrem přes HW spektrometru nebo pomocí OPC. Spektrometr lze využít také k hledání netěsností pomocí programu LEAKAGE pro hledání helia. Tento program byl využit pro základní otestování funkčnosti spektrometru, kdy byla sbírána data pro několik režimů otevření ventilu pouštějícího He do komory (Obr. 9). Zároveň byla na spektrometr připojena tlaková měrka, takže bylo možné sledovat zároveň reakci tlaku v komoře na otevření ventilu.
<a href="/TrainingCourses/FTTF/2015-2016/BorLeitl/Prezentace_190917.pdf" target="_blank"> Závěrečná prezentace </a>
##**Reference**
[1] Physics of Plasma-Wall Interactions in Controlled Fusion, Plenum Press, New York, 1986
[2] A comparison of hydrogen vs. helium glow discharge effects on fusion first-wall conditioning, H. F. Dylla Princeton Plasma Physics Laboratory, Princeton University, 1989
[3] Experimental Study for Comparison of H 2 and Ar–H 2 Gas Mixture Glow Discharge Wall Conditioning in ADITYA Tokamak, Kumarpalsinh. A. Jadeja, Kaushal M. Patel, Rakesh L. Tanna, Deepak Sangwan, Kaushik S. Acharya,
Nilesh D. Patel, Shailesh B. Bhatt, Ranjana Manchanda, Joydeep Ghosh, and Aditya Team, IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, VOL. 44, NO. 4, APRIL 2016
[4] Glow discharge wikipedia <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Glow_discharge">wiki</a>
[5] <a href="https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/atomic_number.htm" target="_blank"> NIST spectra handbook </a>
Poznámky a případné další návrhy měření:
1. měření doby zpětného natékání plynů a návrat komory do polohy, kdy je opět potřeba použít metody wall conditioningu
2. Měření hmotnostních spekter reziduálních plynů při vypékání
