等离子体破裂预警检测

检测项目

电子密度：反映等离子体中自由电子的数量密度，是判断等离子体约束状态的核心参数，测量范围1×10¹⁰~1×10¹⁴ m⁻³，精度±5%。

等离子体温度：包括电子温度与离子温度，表征粒子热运动剧烈程度，电子温度测量范围1~100 eV，离子温度测量范围0.1~10 keV，误差≤8%。

磁场扰动：监测等离子体周围磁场的时空变化，用于识别撕裂模、边界局域模等不稳定性，采样频率≥1 MHz，空间分辨率≤5 mm。

离子流密度：单位时间内通过单位面积的离子数量，反映等离子体与壁材料相互作用强度，测量范围1×10¹²~1×10¹⁶ ions/(m²·s)，精度±3%。

等离子体频率：电子集体振荡的特征频率，用于评估等离子体响应外界扰动的快慢，测量范围10⁶~10¹² Hz，分辨率0.1%。

鞘层厚度：等离子体与固体表面间低能带电粒子堆积区域的厚度，影响壁材料溅射速率，测量范围10~1000 μm，误差≤10%。

能量沉积率：等离子体向装置部件传递的功率密度，决定材料热负荷水平，测量范围1~100 MW/m²，精度±7%。

不稳定性增长率：等离子体扰动幅度的增长速率，直接关联破裂风险等级，测量范围0.1~10 ms⁻¹，分辨率0.01 ms⁻¹。

真空度：等离子体腔室的气体压强，影响等离子体形成与维持，测量范围1×10⁻⁶~1 Pa，精度±0.1个量级。

辐射光谱强度：等离子体发射的电磁波谱分布，反映内部粒子激发态与能量损失，光谱范围200~2000 nm，分辨率0.5 nm。

检测范围

磁约束聚变装置：用于托卡马克、仿星器等装置中等离子体边缘行为监测，预防破裂事件。

惯性约束聚变实验平台：针对激光驱动等离子体对称性及内爆过程稳定性检测。

航天器等离子体推进系统：监测霍尔推进器、离子推进器的羽流特性与异常扰动。

工业等离子体处理设备：用于半导体刻蚀、材料表面改性的等离子体反应腔稳定性评估。

等离子体诊断仪器：校准与验证朗缪尔探针、磁探针等设备的测量准确性。

核聚变实验堆部件：检测第一壁、偏滤器等关键部件附近的等离子体-材料相互作用。

等离子体医学治疗设备：监测低温等离子体射流的温度、密度分布及放电稳定性。

等离子体材料表面改性装置：评估辉光放电等离子体处理时的击穿电压与均匀性。

等离子体环境模拟舱：模拟太空等离子体环境，测试航天器材料的抗扰动能力。

高功率激光等离子体实验系统：监测激光与靶材作用产生的等离子体膨胀与不稳定性。

检测标准

ISO 14632:2012 等离子体诊断通用方法：规定等离子体诊断系统的基本要求和测试方法。

GB/T 31897-2015 等离子体发射光谱法术语：定义等离子体光谱检测相关术语及测量规范。

ASTM E1078-14 真空等离子体诊断用朗缪尔探针测量方法：规范朗缪尔探针的结构、校准及数据采集流程。

GB/T 13360-2011 等离子体放电术语：统一等离子体放电类型、参数的定义与表述。

ISO 21431:2018 等离子体处理系统安全要求：明确等离子体系统中电气、机械及辐射安全检测的技术指标。

检测仪器

朗缪尔双探针系统：由两根平行探针组成，通过施加偏压测量等离子体空间电势，功能为同步获取电子密度、温度及等离子体电位。

磁探针阵列：由多通道磁通门传感器构成，用于采集磁场扰动的时空分布，功能为检测撕裂模、边界局域模等不稳定性信号。

等离子体光谱仪：基于光栅或干涉仪的光学系统，分析等离子体发射的特征光谱，功能为测量元素组成、温度及电子密度。

阻抗匹配网络分析仪：监测射频电源与等离子体的阻抗匹配状态，功能为优化能量耦合效率并预警匹配失效。

真空度测量系统：采用电离规与潘宁规组合，覆盖宽压强范围的气体压强检测，功能为保障等离子体腔室的真空环境稳定性。

离子能量分析仪：通过静电分析器测量离子的速度与能量分布，功能为评估等离子体离子轰击壁材料的损伤风险。

微波反射计：发射高频微波并接收反射信号，通过相位与幅度变化反演等离子体密度分布，功能为监测等离子体边界位置及扰动传播。

电子回旋共振诊断仪：利用微波与电子回旋运动的共振吸收，测量电子温度与密度，功能为高精度获取等离子体核心区域参数。

等离子体密度干涉仪：基于微波或激光的干涉效应，测量等离子体密度的空间分布，功能为可视化等离子体密度涨落。

霍尔效应探针：通过霍尔电压检测磁场分量，功能为精确测量等离子体周围的磁场矢量分布。