中性束注入是等离子体加热和电流驱动的最有效方法之一。 中性束注入的三个基本过程为: 离子束的产生, 离子束的中性化和中性束的传输, 其中, 离子束的中性化是关键环节之一。 对于EAST-NBI气体中性化室而言, 中性化室内气体靶厚度会直接影响离子束的中性化效率, 而且还会进一步影响到中性束的传输效率。 基于多普勒频移效应, 提出了一种新的诊断气体靶厚度的方法, 并且已经被应用于EASTNBI测试平台上。 该方法主要是基于中性束的束成分随气体靶厚度的演化过程, 利用中性束发射Dα光谱线强度完成计算。 因此, 它被应用于中国科学院等离子体物理研究所EASTNBI装置上。 在中性化室出口处的观测窗口上进行测量, 在束能量为40~65 keV时, 气体靶厚度值为(0.16~0.22)×1016 cm-2, 随着引出束流的变化, 气体靶厚度随之改变。 根据质量守恒定律, 对中性化室内的气体靶厚度进行一个粗略的估算, 估算的结果与测量的结果基本保持一致, 从而证明了该诊断方法的合理性。 综上, 实验结果表明, 该种基于多普勒频移效应的光谱诊断法可以被用于测量中性化室内的气体靶厚度。

强流离子源是托卡马克中性束注入器的核心部件, 为了满足未来对高能量离子束中性化效率的要求, 负离子源成为中性束注入系统的首选。 光腔衰荡光谱(cavity ring-down spectroscopy, CRDS)是一种超高灵敏探测吸收光谱技术。 在强流负离子源中, 利用氢负离子的光致剥离过程, CRDS可以用来测量氢负离子的绝对积分密度。 与激光光致剥离法与光学发射光谱法相比, CRDS具有不受电磁干扰、 不依赖等离子体参数、 测量精度高等优点。 强流离子源负离子密度测量所用CRDS系统由激光器、 光学谐振腔、 光电探测器和数据采集系统四部分组成。 本文根据CRDS测量氢负离子密度的原理, 详细推导了氢负离子密度的计算方法, 给出了氢负离子密度测算表达式; 然后, 结合强流离子源实验室应用的具体情况, 分析了各部分装置的选择原则与注意事项; 最后, 介绍了CRDS技术在德国马克斯-普朗克等离子体物理研究所、 日本国立聚变科学研究所、 意大利Consorzio RFX研究所强流负离子源研究中的应用情况。 实验结果表明, 源腔气压、 源功率等源参数会影响氢负离子密度; 铯的注入可以将氢负离子密度从1016 m-3量级提高到1017 m-3量级; 同时, 日本NIFS的实验结果证明氢负离子密度与引出电流呈线性关系。