汤姆逊散射诊断原理简介
Pulse repetition rate
10Hz
探测器 EG&G Si-APD
Typical Characteristics, T=22°C
Type St Photo. Respon
Numb d. Sensit sivity
er
Pk ive
@1060
g Surfac
nm
e Dia. (A/W)
(mm)
C3095 C
3
25
6E
Dark Curre nt Id (nA)
100
Spect ral
Noise Curre
nt Densi
ty (pA/H z ½)
0.5
Cap Cd (100 kHz)
(pF)
Resp onse Time
tr (nSec)
N.E.P. @1060
nm
(fW/Hz ½)
10
2
20
87
1.6
80380
90.4
1.6
80384
89
1.6
80389
102.2
1.8
80390
100.7
1.8
80396
109.4
1.9
80406
107.2
1.8
80407
105
1.8
Te/eV 210 240 190 270 230 390 390 320
Te/eV
400
350
300
250
200
150
汤姆逊散射诊断原理简介
等离子体中的电子在强激光的作用下，产 生次级辐射形成散射波，若不考虑相对论 效应，其功率谱的形状因子为：
S()
1 1
2
4
sin
0 ( 2
2k Te me
)
1 2
exp
c2 80 2
me 2 sin k
2
Te
式中，0为入射激光的波长。Δλ散射谱波 长与入射波长差。
Get the temperature through lookup the table
For each Rijmeas a fixed temperature
Teij Te (Rij )
(
2 T
)ij
(
dTeij dRij
)
2
(
2 R
)ij
2 Rij
( Rij Ii
)2
2 i
(Rij I j
系列1 系列2 系列3 系列4 系列5 系列6
校准系统
• Optical Path Alignment (He-Ne and Laser) • Energy Calib. (Energy Meter) • Spatial position Calib. (movable target) •Sensitivity of 5 Channel spectrum (Tungsten Lamp) •Rayleigh scattering Calib. For density measurement.
To CAMAC
Photodiode lens
chopper
lens
fiber
数据采集系统
Tungsten Lamp
+5v
时序
数据处理
查表法
分光仪中任意两道信号的理论比值R是电子 温度Te的函数。寻找测量得到的该两道信号 的比值R*与理论比值R最接近的值，得到对 应的温度值就是测量的电子温度。
5道分光可得到10个测量的电子温度值，根 据各道的权重，由加权平均得出所测空间点 的温度。
只要实验中测出了散射谱的情况就可 以得到等离子体的电子温度和密度。
若考虑相对论效应，在不同温度下， 散射谱的分布如右图
HT-7 T.S. 示意图
HT-7激光汤姆逊散射测量系统说明
激光器 散射光接收系统
红外 YAG 激光器，激光波长1064nm. (能量 2J，激光脉冲输出频率10Hz). Continuum Product,型号Powerlite Precision II9010.
ne, 1 × 1019 m-3 〜 1 × 1020 m-3
激光器
polorized YAG laser
Wave length
Байду номын сангаас
energy Pulse width
1064 nm 2 J
5~9 nsec
divergence Beam Pointing Stability
0.45 mrad 30 µrad
收集透镜⇒光纤传输⇒干涉滤光片分光谱仪。
散射角 探测器
数据采集系统
90
硅雪崩二极管，EG&G 30956E; 前置放大和中继放大器。
CAMAC 数据采集
数据处理 测量位置(core plasma)
测量范围
查表（Lock up table） 单点。 （空间分辨测量shot by shot逐点，上半空间） Te, 200eV〜10keV.
VOP Range Specs.
(V)
275-425
Pre-Amplifier for Si-APD detector
干涉滤光片分光谱仪
散射信号经分光 后分为五道。 测量点的空间分 辨率1.8cm。
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 750 770 790 810 830 850 870 890 910 930 950 970 990 1010 1030 1050
)2
2 j
2 1/ I
l
l
get the weighted average temperature
T
T ij e
2 ij
( ) ij
T
e
1
( )2 ij
ij
T
2
1
T
1
( )2 ij
ij
T
Te Te Te
Te BY THOMSON SCATTERING
Shot NO. Ip/kA
Ne
80375
85
90
95
100 105 110
Ip/kA
汤姆逊散射诊断组
从DIII-D可借鉴的4个地方：
4、悬链式挡板定位
报告提纲：
选题背景 升级目标 调研借鉴 技术方案 进度安排
汤姆逊散射诊断组
所依据的技术基础：
现代光纤通信技术 嵌入式技术 远程视频监控技术 计算机测量与控制技术
汤姆逊散射诊断组
准备着手的四个方面：
入射光路中的7面反射镜镜架 挡板式定位测量系统 散射光接收端加装准直光纤 上位机集成和远程控制平台的搭建
左右准直光纤设计
汤姆逊散射诊断组
从DIII-D可借鉴的4个地方：
对光路的全程监视 1、完善的光路监视体系
视频监视器，Panasonic
从DIII-D可借鉴的4个地方：
2、精准快捷的镜面调 节, Aerotech 公司， motion control
从DIII-D可借鉴的4个地方：
3、集成化的远程监视与控制系统
空室环境
汤姆逊散射诊断组
本次升级改造的目标：
稳定：挡板系统的重新设计 精准：光学镜面调节，定位测量精度0.1mm 快捷：缩短光路调节、测量定位的时间 集成：光路调节和测量定位集成于一台上位机 远程：避免强电磁场环境对仪器和人员的影响
汤姆逊散射诊断组
对其他装置上同类系统的借 鉴
挡板式定位： DIII-D 自动化程度最高 HT-7 无挡板式定位： JT-60 HL-2A汤姆源自散射诊断组Thank you
请各位老师指正!
光路调控和定位监测系统 的升级改造研究
报告人： 孙腾飞 指导老师：李亚东 臧庆 学科专业：等离子体物理学 研究方向：汤姆逊散射诊断
报告提纲：
选题背景 升级目标 调研借鉴 技术方案 进度安排
汤姆逊散射诊断组
选题背景
EAST汤姆逊散射诊断系统结构示意图
热成像汤姆逊法则
热成像汤姆逊法则
汤姆逊法则是一种利用热成像方法来检测材料失效的一种重要技术。
它的基本原理是在特
定的热源条件下对材料进行热反射，并根据一定的规则进行数据处理，从而可以检测材料
中的缺陷。
它的使用可以帮助气动制造商诊断的各种可能的产品故障，从而节省大量的成
本开支。
汤姆逊规则的基本操作是通过将偏离规定温度的物体暴露在热源中，根据反射出去的热量，将之与正常热源影像进行对比，以辨识出异常数据。
根据失效部位所造成的正常温度分布，可以更准确地识别出材料失效和产品问题所在。
汤姆逊法则可应用于任何类型的机械装置。
它也可以用于在某些材料组合中进行生物学检测，能够迅速诊断出材料的故障，为有毒化学物提供诊断性数据。
由于汤姆逊法则快速、准确，也比较灵活，能够更好地检测到各种材料的故障，及早发现
故障，防止更严重的破坏发生。
所以，这种热成像方法已经用于许多行业，从发电制造到
石油加工制造，汤姆逊法则都得到了广泛应用。
辐射加热等离子体状态参数的汤姆逊散射诊断
慧 安
骠
光 子 能 量／ ｅ Ｖ
光 子 能 量／ ｅ Ｖ
（ ａ ） Ｌ Ｔ Ｅ模 型
（ ｂ ） ｎ ｏ ｎ — Ｌ Ｔ Ｅ模 型
图 ４ 采用 ｎ ｏ ｎ — Ｌ Ｔ Ｅ和 Ｌ Ｔ Ｅ模 型 对 Ｃ Ｈ ／ Ｆ ｅ （ Ａ １ ） ／ Ｃ Ｈ 样 品 自发 辐 射 的理 论 拟 合 结 果
对样 品等 离子 体 的加热 作用 。进一 步 的光谱 模拟 计算 表 明 ，由于 探针 光加 热作 用 ，使 样 品偏 中样 品等 离子体 状态 参数 诊断 提供 一种 新 的思路 ，为汤
姆 逊 散射 诊断 方法 在 黑腔复 杂等 离子 体环 境下 的 实际应 用提 供 了有益 借鉴 ，而且 ， 将 汤姆逊 散射 方法 与 光谱 学方 法相 结合 ，还 可 为校验 ｎ ｏ ｎ — Ｌ Ｔ Ｅ原 子物 理模 型和辐 射光 谱提 供 一种有 效路 径 。
展望
针 对 实验 中发 现 的探 针光 加热 问题 ，下一 步拟 通过 大 幅度 降低 探针 光功 率密 度（ 即将 探针 光 功率 密 度 从现 在 约 １ ０ Ｈ Ｗ／ ｃ ｍ２ 降低 到 １ ０ Ｗ／ ｃ ｍ２ ） 来减 小探 针光 对样 品 的干扰 。 目前 大 幅度提 高现 有探 测器 的
离 化度 离 子混 合特 征 ， 这 反 映计算 的 等离 子体平 均 电离度 较 实验 结果 明显偏 高 。 而 为 了使计 算结 果接近
实 验数 据 ，则 需要将 电子密度 提 高到 ２ ． １ × １ ０ ２ ２ ／ Ｃ ｍ０ ，即 已经 大 于临界 密度 ，这 显然 是不 合理 的 。上述 结 果 意 味着探 针 光加 热 区的等 离 子体很 可 能不满 足 局域 热动 平衡（ Ｌ Ｔ Ｅ ） 状态 。为 此 ，采用 非局 域热 动平 衡 （ ｎ ｏ ｎ — Ｌ Ｔ Ｅ ） 模 型对 实验 光谱 进行 拟合 ， 其 中样 品密度 采用 背光 阴影照相 结果 （ 这 里假 设探 针光 加热 过程 中
等离子体物理中的等离子体诊断技术
等离子体物理中的等离子体诊断技术等离子体是一种高度电离的气体，它具有复杂的性质和行为。
在等离子体物理研究中，准确测量和分析等离子体参数是至关重要的。
等离子体诊断技术提供了一系列工具和方法，用于探测和研究等离子体的性质和行为。
本文将介绍几种常用的等离子体诊断技术，并探讨它们在等离子体物理研究中的应用。
一、光谱诊断技术光谱诊断技术是一种通过测量等离子体辐射光谱来获取等离子体参数的方法。
利用光谱仪和光电探测器，可以获取等离子体中的电子密度、温度、离子浓度等信息。
其中，基于精确测量等离子体辐射谱线强度和形状的方法，如测量波长位移和线宽等，可以获得等离子体的流体参数，并进一步研究等离子体的动力学行为。
二、散射诊断技术散射诊断技术是一种通过测量等离子体中散射光的性质来推断等离子体参数的方法。
通过测量等离子体中的散射光的强度、偏振和波长等，可以推算出等离子体中的粒子密度、温度、流动速度等信息。
其中，拉曼散射和汤姆逊散射是常用的等离子体诊断技术，可以用来研究等离子体的密度梯度、流体运动以及离子温度等。
三、探针诊断技术探针诊断技术是一种通过测量等离子体中的电子或离子电流来推断等离子体参数的方法。
利用探头与等离子体相互作用，可以测量电子温度、电子密度、离子密度等参数。
常用的探针诊断技术包括电子探针和离子探针。
电子探针通过测量电子引出电流和电压的关系，可以得到等离子体的电子温度和电子密度。
离子探针则通过测量离子引出电流和电压的关系，可以获得等离子体的离子密度。
四、辐射诊断技术辐射诊断技术是一种通过测量等离子体辐射强度和能谱来推断等离子体参数的方法。
辐射诊断技术可以提供等离子体的电子温度、电子密度、离子浓度以及辐射湮没通量等信息。
常用的辐射诊断技术包括软X射线诊断、硬X射线诊断、γ射线诊断等。
这些技术可以用于研究等离子体中的能量输运、等离子体的辐射特性以及等离子体与壁面相互作用等。
综上所述，等离子体诊断技术在等离子体物理研究中起着重要的作用。
激光惯性约束聚变中光学汤姆逊散射研究进展
·惯性约束聚变物理与技术·激光惯性约束聚变中光学汤姆逊散射研究进展*李志超1， 赵 航1， 龚 韬1， 李 欣2， 杨 冬1， 蒋小华1， 郑 坚3， 刘永刚1， 刘耀远3， 陈朝鑫1， 李三伟1， 李 琦1， 潘凯强1， 郭 亮1， 理玉龙1， 徐 涛1，彭晓世1， 吴畅书2， 张桦森2， 郝 亮2， 蓝 可2， 陈耀桦2， 郑春阳2，古培俊2， 王 峰1， 蔡洪波2， 郑无敌2， 邹士阳2， 杨家敏1，江少恩1， 张保汉1， 朱少平2， 丁永坤2（1. 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900； 2. 北京应用物理与计算数学研究所，北京 100088；3. 中国科学技术大学 工程与应用物理系，合肥 230026）摘 要： 当前，激光惯性约束聚变在越来越接近点火的极端能量密度条件下，实验与模拟的偏离逐渐增大，一个关键原因是缺乏对黑腔等离子体状态及其影响黑腔能量学和内爆对称性的细致研究和判断。
光学汤姆逊散射主动式、诊断精确、参数完备的优点，使之成为激光惯性约束聚变黑腔等离子体状态参数精密诊断的标准方法。
中国面向激光惯性约束聚变研究的光学汤姆逊散射实验技术的发展与神光系列激光装置的建设和在其上开展的物理实验紧密相关。
近年来，四倍频汤姆逊散射实验技术在神光III 原型和100 kJ 激光装置上相继建立，部分实验结果不仅加深了对激光惯性约束聚变靶物理的认识，还反映了实验条件对汤姆逊散射诊断的影响，促进了实验技术的精密化发展。
在未来，还需要进一步发展多支路汤姆逊散射、五倍频汤姆逊散射和超热相干汤姆逊散射等新技术，面向点火黑腔条件，大幅提升激光等离子体状态参数的诊断精度，开展新物理机制的探索和研究，在激光惯性约束聚变和其他高能量密度物理科学领域发挥更重要的作用。
关键词： 激光惯性约束聚变； 光学汤姆逊散射； 等离子体状态参数； 激光等离子体不稳定性 中图分类号： O571.44; O534+.2; O437 文献标志码： A doi : 10.11884/HPLPB202032.200130Recent research progress of optical Thomson scattering inlaser-driven inertial confinement fusionLi Zhichao 1， Zhao Hang 1， Gong Tao 1， Li Xin 2， Yang Dong 1， Jiang Xiaohua 1， Zheng Jian 3， Liu Yonggang 1， Liu Yaoyuan 3， Chen Chaoxin 1， Li Sanwei 1， Li Qi 1， Pan Kaiqiang 1， Guo Liang 1， Li Yulong 1， Xu Tao 1， Peng Xiaoshi 1， Wu Changshu 2， Zhang Huasen 2， Hao Liang 2， Lan Ke 2， Chen Yaohua 2， Zheng Chunyang 2，Gu Peijun 2， Wang Feng 1， Cai Hongbo 2， Zheng Wudi 2， Zou Shiyang 2， Yang Jiamin 1，Jiang Shaoen 1， Zhang Baohan 1， Zhu Shaoping 2， Ding Yongkun 2（1. Research Center of Laser Fusion , CAEP , Mianyang 621900, China ;2. Institute of Applied Physics and Computational Mathematics , Beijing 100088, China ;3. Department of Engineering and Applied Physics , University of Science and Technology of China , Hefei 230026, China ）Abstract ： Currently, laboratory created energy density of laser-driven inertial confinement fusion (ICF) is extremely close to that for ignition, while the divergence between experiment and simulation is increasing. One of the key issues is the lack of advanced knowledge of laser-hohlraum coupling process, which has shown the complexity of hohlraum environment. Optical Thomson scattering (OTS) becomes the standard technique for diagnosing the ICF hohlraum plasma parameters, due to its capability of providing unperturbed, local and precise measurement. Thedevelopment of OTS in China is closely related with the Shenguang series laser facilities, on which most of the ICF* 收稿日期：2020-05-17； 修订日期：2020-07-12基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFA0403300）；科学挑战专题项目（TZ2016005）；国家自然科学基金项目（11975215，11905204，11875241，11705180）作者简介：李志超（1982—），男，博士，副研究员，从事黑腔物理及激光等离子体相互作用研究；**************。
HL-2A激光汤姆逊散射试验方案
CNIC-01729SWIP-0174HL-2A激光汤姆逊散射实验方案PLAN FOR THOMSON SCATTERING EXPERIMENTON THE HL-2A TOKAMAK(In Chinese)中国核情报中心China Nuclear Information Centre32CNIC-01729SWIP-0174HL-2A激光汤姆逊散射实验方案黄渊施佩兰冯洁（核工业西南物理研究院，成都，610041）摘要简要描述了激光汤姆逊散射测量等离子体电子温度的基本原理，较详细阐述了用于HL-2A装置等离子体电子温度时空分布测量的汤姆逊散射系统（TLSS）的设计构思和发展规划。
关键词：激光汤姆逊散射 Nd激光器滤光片分光器硅雪崩二极管33Plan for Thomson Scattering Experimenton the HL-2A Tokamak(In Chinese)HUANG Yuan SHI Peilan FENG Jie(Southwestern Institute of Physics, Chengdu, 610041)ABSTRACTThe Thomson scattering method to measure plasma electron temperature is simply described. The arrangement and development plan of Thomson scattering system on HL-2A Tokamak are presented.Key words: Plan for Thomson scattering, Nd laser, Filter optical splitter, Si-APD3435前 言自由电子在电磁波辐射场的作用下做受迫振动，从而发射出次级电磁辐射，形成散射波的现象，称为汤姆逊散射。
运动电子的散射辐射产生多普勒频移，其散射频谱取决于散射矢量K 方向上的速度分布即v K ⋅=∆ω，其散射截面非常小，为2252e S cm 1065.638−×=π=r σ（ 其中53e 02e 1082.24−×=π=cm e r εÅ，为电子经典半径），在典型的磁约束等离子体的汤姆逊散射实验条件下，一个待测体积内的电子散射总功率为013s 10P P −≈（入射激光功率）。
HT-7激光汤姆逊散射诊断
等离子体中的电子在强激光的作用下，产 生次级辐射形成散射波，若不考虑相对论 效应，其功率谱的形状因子为：
2 2 0 c me 1 S ( ) 1 exp 2 2 kT 2 4 sin ( e ) 1 80 sin kTe 2 2 2 me
60
50
40
30
20
10
0 750 770 790 810 830 850 870 890 910 930 950 970 990 1010 1030 1050
校准系统
Optical Path Alignment (He-Ne and Laser) Energy Calib. (Energy Meter) Spatial position Calib. (movable target) Sensitivity of 5 Channel spectrum (Tungsten Lamp) Rayleigh scattering Calib. For density measurement.
½)
VOP Range Specs. (V)
C3095 6E
C
3
25
100
0.5
10
2
20
275-425
Pre-Amplifier for Si-APD detector
干涉滤光片分光谱仪
散射信号经分光 后分为五道。 测量点的空间分 辨率1.8cm。
100
90
80
70
系列1 系列2 系列3 系列4 系列5 系列6
80389
80390 80300.7 109.4 107.2 105
1.8
1.8 1.9 1.8 1.8
激光汤姆逊散射系统
激光汤姆逊散射系统
激光汤姆逊散射系统主要用于测量托卡马克装置芯部电子温度和密度；还能测量边缘区域和偏滤器中的电子温度和密度。
这套系统主要由激光光源、激光入射出射光路、5通道多色光谱仪、数据采集和分析系统以及标定系统等组成。
多道真空紫外诊断系统
多道真空紫外诊断系统主要用于监视等离子体中的杂质，测量碳、氧等轻杂质的密度，研究等离子体中杂质的行为及其输运过程。
系统主要由光谱仪、CCD 探测器、计算机控制系统和抽气系统等构成。
氰化氢（HCN）激光干涉仪
氰化氢激光干涉仪主要用于测量托卡马克装置中的电子密度；其原理是具有相同能量且光程差相等的六道光束，分别与被调制后的光束通过旋转光栅干涉后进入各自探测器。
各差拍信号在放电产生等离子体时，将随各道经过处电子密度的不同而作相应变化。
弹丸加料系统
弹丸加料系统主要用于托卡马克装置中辅助加料系统，其原理是将氢及其同位素(氘、氚)冷却成的毫米量级固态小球，高速定向发射到核聚变装置之中，实现燃料粒子在等离子体芯部区域的有效沉积，达到加料和密度控制之目的。
激光散射诊断(TS)测量点定位的自动控制解析
若考虑相对论效应，在不同 温度下，散射谱的分布如下
0为入射激光的波长 Δλ是散射谱波长与入射波长差
10/5/2018
汤姆逊散射小组
如何快速准确 的完成定位？
视界不够 光路偏移了？ TVTS探测系统和25 道TS共用一个窗口？
汤姆逊散射小组
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
10/5/2018
一、课题研究的主要内容和意义
二、国内外在相关课题中的概况
三、拟采取的设计方案和进度安排
10/5/2018
汤姆逊散射小组
设计一个25数据采集系统和 TVTS探测系统都能使用的测量 点定位自动控制系统 提供远程自动精确控制和现场 自动精确控制 快速精确定位
二、国内外在相关课题中的概况
三、拟采取的设计方案和进度安排
10/5/2018
汤姆逊散射小组
10/5/2018
汤姆逊散射小组
10/5/2018
汤姆逊散射小组
10/5/2018
汤姆逊散射小组
手工操作费时费力且精度不高，有可能 影响数据采集 手工操作因不容易掌握幅度而有可能损 坏设备 将来EAST装置放电后会有核辐射，不 允许人员进入现场，因而无法手动操作， 必须采用远程控制
10/5/2018
汤姆逊散射小组
10/5/2018
汤姆逊散射小组
硕士二年完成设计并初步实 现该系统 硕士三年级研究如何改进该 系统并完成硕士论文
10/5/2018
汤姆逊散射小组
欢迎各位老师和同学提出宝贵的 意见和建议
谢 谢 !
汤姆孙散射：等离子体参数诊断的强大工具.
汤姆孙散射：等离子体参数诊断的强大工具汤姆孙散射：等离子体参数诊断的强大工具2009-2-12 11:40:29摘要:汤姆孙散射是低能光子与自由电子之间的弹性散射.因为汤姆孙散射光谱携带着等离子体涨落的信息，通过测量汤姆孙散射光谱可以高精度地测量等离子体的多种参数，如电子温度、电子密度、等离子体流速等等.经过多年的发展，汤姆孙散射已经成为等离子体物理研究中最重要的一种诊断工具.关键词:等离子体物理，汤姆孙散射，动力学形状因子，等离子体参数Thomson scattering: a powerful diagnostic tool of plasma physicsZHENG Jian YU Chang\|Xuan(Key Laboratory of Basic Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences, Department of Modern Physics, University of Science andTechnology of China，Hefei 230026, China)AbstractThomson scattering is the process in which a low\|energy photon scatters from a free electron. When a laser pulse propagates through a plasma, the spectrum of the scattered light due to the Thomson scattering is proportional to the power spectrum of the electron density fluctuations, i.e., dynamic form factor, from which various plasma parameters can be inferred, such as electron temperature and plasma flow velocity. After years of development, Thomson scattering has now become a powerful diagnostic tool of plasma physics.Keywordsplasma physics, Thomson scattering, dynamic form factor,plasma diagnostics1 引言精确测量等离子体的状态参数是深入研究等离子体物理过程的基本前提之一.对于高温高密度的等离子体，由于受到可接近性的限制，实验室常用的主动诊断手段（如探针）是无法接近需要探测的等离子体的.当然也有其他被动诊断方式可以提供众多等离子体参数的测量手段，如X射线能谱测量.相对被动诊断手段，汤姆孙散射作为一种主动诊断手段有其独特的一面：它可以高时空分辨地测量等离子体参数，且实验结果的解释相对简单，即散射光谱以比较直接的方式与等离子体参数有关.后者特别重要，因为有些诊断方法严重依赖于对实验数据的解释和处理，导致获得的等离子体参数的置信度较低.经过多年的发展，特别是由于激光技术以及高速高灵敏度探测器的进步，汤姆孙散射已经逐渐演化成为惯性约束聚变等离子体的标准诊断手段，成为精确研究等离子体行为的强大工具.2 汤姆孙散射的基本原理汤姆孙散射是低能光子（光子能量远远小于0.511MeV）与低能自由电子之间的弹性散射.该过程的经典物理图像是，在入射电磁波场中振荡的电子发射电磁波——散射电磁波.若电子有一运动速度v，散射电磁波的频率将不同于入射电磁波的频率，其差别为汤姆孙散射：等离子体参数诊断的强大工具2009-2-12 11:40:29这里k=ks-k0是散射波的波矢与入射电磁波的波矢之差，称为散射差矢.由这个简单的公式可以看到，散射电磁波携带了电子的运动信息，这就是汤姆孙散射可以用来诊断等离子体的基本原因.当然，当我们采用汤姆孙散射诊断等离子体时，我们测量到的散射光谱来自许多电子产生的散射电磁波的相干叠加.叠加的结果是，散射光谱与电子密度涨落功率谱成正比，ωdΩ=NeI0r2esin2θS(k,ω这里S(k,ω)就是所谓的动力学形状因子，它是电子密度涨落自相关函数的谱密度；I0是入射电磁波的功率密度；Ne是发生汤姆孙散射的电子数；re 是经典电子半径；θ是入射电磁波的极化方向与散射波矢之间的夹角.若电子彼此之间是完全无关的，那么散射光谱就是各个电子散射光谱的简单相加，此时散射光谱反映了电子在散射差矢方向上的速度分布.若等离子体中存在集体运动，电子之间不是彼此完全相互无关的，干涉效应会导致散射光谱在相应于等离子体集体运动模式的频率和波矢处出现尖锐的极大值.对于无磁化的等离子体，我们知道等离子体中的集体运动模式有两个：高频的电子等离子体波和低频的离子声波.这两种集体运动模式的色散关系为ω2epw=ω2pe(1+3k2λω2ia=11+k2λ这里ωpe是朗谬尔振荡频率，λDe是电子德拜长度，Te,i是电子/离子温度，Z是离子电荷数，mi是离子温度.经过适当的实验安排，以满足k2λ，那么我们就能够从散射光谱中获得电子密度ne以及电子密度与离化态乘积ZTe的信息.此外，散射光谱的宽度与集体运动模式的阻尼有关，而阻尼也取决于等离子体的状态参数，因此通过散射光谱的宽度，原则上也可以推断出等离子体的参数.例如，通过电子等离子体波的散射光谱的宽度，可以测量电子温度3 汤姆孙散射实验结果。