[发明专利]一种托卡马克偏滤器靶板温度精确测量方法

说明书

本发明涉及红外测温领域，具体地，涉及一种托卡马克偏滤器靶板温度精确测量方法，包括以下步骤：1)、拟合出黑体炉出射的辐射能与热像仪测得的辐射能的关系；2)、在烘烤状态下探究发射率与温度之间的关系，并拟合出温度与发射率的曲线；3)、在放电状态下，根据热像仪图片的灰度值计算出偏滤器靶板的真实温度，如此，本发明中得到的发射率是一个随温度的变化而变化的数值，且在不同的探测点发射率的数值也是不同的，避免了把发射率当作一个定值对测温结果的影响，测温结果具有相当高的精度；本发明中偏滤器靶板的辐射能的传递都是在真空的条件下，避免了大气辐射对目标辐射的干扰，进一步提高测量结果的准确性。

技术领域：

本发明涉及红外测温领域，具体地，涉及一种托卡马克偏滤器靶板温度精确测量方法。

背景技术：

托卡马克装置为进行核聚变研究的一种装置，在托卡马克装置工作时，大量等离子在磁约束的作用下在其腔体中高速运转。在托卡马克装置中，通常采取两种方法将中心高温等离子体与真空室器壁分开：(1)采用限制器：中心等离子体的外缘与限制器孔栏相切，将真空室中的等离子体分成内外两个区域，与孔栏相切的磁面被称为最后一个封闭磁面；(2)采用偏滤器：特殊设计的外加线圈电流与主等离子体电流产生具有一个磁场或者两个磁场零点 (X点)的位形，这时，零点磁场分界面代替了限制器位形中与孔栏相切的磁面，形成最后一个封闭磁面。偏滤器最大的特点就是将大多数的粒子和热量引入专门的偏滤器区域，让热量沉积在特设的靶板上，并以特殊的磁场结构设计使靶板溅射的杂质较难回流到堆芯。由于偏滤器主要的作用就是承受热量的，所以对偏滤器的承受热负荷的能力研究十分必要，所以对偏滤器靶板的温度进行也测量十分必要。

在一些早期的托卡马克装置上如JET、DIII-D等上，仅仅用热电偶来对偏滤器的温度进行测量，托卡马克装置JET只有下偏滤器。每块靶板背后嵌入两个热电偶，到靶板表面的距离是10mm。在实验期间，可以发现靠近打击点附近的热电偶温升变化比较大，远离打击点的变化小。但是热电偶的响应速度非常慢，在托卡马克放电模式下，温度变化迅速，热电偶无法快速响应，在一些最新的托卡马克装置上，为了得到放电时偏滤器靶板的温度，开始利用热像仪配合热电偶对温度进行测量，如Tore Supra、JET、DIII-D、AUG、HT-7、 EAST等装置上已经开始使用热像仪来测温。

自然界中一切温度高于绝对零摄氏度的物体都在不停的向外辐射红外线。产生红外辐射主要是由于构成物质的原子分子由于热的存在，他们按一定的规律运动，其运动状态的变化，使其不断地发射或吸收辐射能量。并且这种热辐射强度以及辐射光谱成分主要由物体的温度和材料本身的性质所决定。因此，通过探测器接收物体发出的红外辐射能，根据其遵循的辐射定律进行相关处理，就可以获得物体表面的温度分布。利用热像仪测温实质就是利用热像仪测得物质的辐射能。如图2所示，光路的一端通过托卡马克的窗口探入托卡马克内部，另一端连接热像仪，那么偏滤器靶板的辐射便可以透过光路入射进热像仪，以此来通过热像仪的响应以及辐射的定律计算偏滤器靶板的真实温度。

黑体是一种理想的物质其向外辐射的能量和温度之间的关系可以通过普朗克公式(7)得出

c为真空中的光速，λ是波长，h为普朗克常量，T是温度，K是玻尔兹曼常量，A₁是第一辐射常量，A₂是第二辐射常量。利用普朗克公式得到的辐射能是单个波长下的辐射能，斯特藩-玻尔兹曼公式(1)是对普朗克公式在波长范围内对波长进行积分，红外热像仪一般都有一个波段，所以利用斯特藩-玻尔兹曼公式可以计算出热像仪波段内的物体的辐射能。实际物体在和黑体温度、波长相同时辐射能量要小于黑体的辐射能。为了利用普朗克公式表示实际物体辐射能与温度之间的关系，引入了发射率的概念，发射率的定义为在同一条件下物体在某个特定温度的辐射能与该温度下黑体的辐射能之比，公式为：