EAST快速极紫外光谱仪波长的原位标定及其应用

摘要

介绍了东方超环(experimental advanced supereonducting tokamak,EAST)托卡马克上的两套快速极紫外(EUV)光谱仪系统波长的原位标定方法、结果及其应用.这两套谱仪均为掠入射平场谱仪,时间分辨均为5 ms·frame-1.两套谱仪分别工作在20～500和10～130(A)的波段范围,由步进电机控制探测器在焦平面上移动实现整个观测波段上的波长扫描.利用这两套谱仪系统观测极紫外波段光谱,计算EAST中低-高Z杂质离子特征线辐射强度随时间的演化,监测和研究等离子体中杂质的行为.高Z杂质尤其是钨、钼等金属元素,发出的EUV波段光谱的构成非常复杂,准确识谱对谱仪精确的波长测量能力以及谱分辨能力要求很高,因此精确的波长标定是识别钨、钼等高Z杂质谱线以及研究它们行为的最关键的技术之一.利用EAST等离子体中类氢到类铍的低、中Z杂质的特征谱线以及它们的二阶甚至三阶谱线,结合谱仪系统的色散能力,对这两套快速极紫外光谱仪的波长进行了精确的原位标定.用于波长标定的杂质谱线有O Ⅷ 18.97 A,O Ⅶ 21.60 (A),C Ⅵ 33.73 (A),Li Ⅲ 113.9 (A),Li Ⅲ 135.0 (A),Li Ⅱ 199.28 (A),Ar Ⅹ Ⅴ 221.15 (A),He Ⅱ 256.317 (A),He Ⅱ 303.78 (A),Ar Ⅹ Ⅵ 353.853 (A)及C Ⅳ384.174 (A)等.利用波长标定的结果对观测到的EUV光谱进行谱线识别,两套谱仪观测到的绝大多数谱线波长与美国技术标准局(National Institute of Standards and Technology,NIST)数据库的标准波长相差分别小于0.08和0.03(A).开发了谱仪波长原位标定程序模块,将这个模块内嵌到谱仪数据实时上传的交互式软件中,实现了全谱数据以及特征谱线强度随时间演化数据的实时处理和上传.同时利用开发的全谱分析交互式软件以及EAST上的数据查看软件,最终实现了快速EUV谱仪自采数据的准实时分析、读取和查看.