利用腔衰荡光谱和激光光致电离Langmuir探针对聚变中性束螺旋波等离子体源中的负离子进行表征

摘要： 瑞士等离子体中心的螺旋波等离子体源RAID（谐振天线离子装置）通过腔衰荡光谱法（CRDS）和朗缪尔探针（LP）辅助激光光剥离技术对负离子特性进行研究。该装置通过射频天线产生高密度且轴向均匀的等离子体柱，可在稳态下维持螺旋波传播。朗缪尔探针与微波干涉仪测量显示，在0.3帕气压、3千瓦输入功率条件下，等离子体柱中心氢等离子体的电子密度ne≈2.0×101? m?3。电子温度分布呈轴心峰值（Te≈5 eV），至r=0.05米处降至1.5 eV，从而形成高温核心区（氢分子处于振转激发态H?(ν)）与低温边缘区（低能电子可附着于H?(ν)并通过解离附着产生H?离子）。本研究采用LP辅助激光光剥离与CRDS诊断技术，测量H?和D?的径向密度分布及其对源参数的依赖关系。结果表明：负离子集中分布在半径0.06米的壳层区域，氢等离子体中峰值浓度达～2.0×101? m?3。这些发现表明，尽管仍需重大技术改进，螺旋波等离子体未来有望成为中性束注入器负离子源的候选方案。