ECE / EBW radiometr

Obr. 1: Gyrace elektronu kolem
             magnetické siločáry

Radiometr je citlivý přijímač mikrovlnného záření, který umožňuje určit teplotu daného objektu měřením tepelného šumu, který objekt vysílá. Radiometry jsou hojně využívány nejen v astronomii, ale také v diagnostice horkého plazmatu.

Plazma vyzařuje elektromagnetické záření v poměrně širokém spektru. Vlny, jejichž mechanismus vzniku a šíření je dobře znám, pak lze použít pro diagnostické účely. Elektronová cyklotronová emise (ECE) je proces, při němž elektromagnetická vlna vzniká jako důsledek gyrace elektronu kolem magnetické siločáry (viz. obr. 1). Frekvence vlny je dána jako:

kde n je násobek základního kmitočtu (tzv. harmonická), B je  intenzita magnetického pole, e a m_e jsou náboj a hmotnost elektronu. Toroidální magnetické pole B(r), a tedy i frekvence ECE f_e, jsou v tokamaku nepřímo úměrné poloměru r. To znamená, že elektrony uvnitř tokamaku vyzařují na vyšší frekvenci než elektrony ležící více na okraji. U plazmatu v tokamaku lze také předpokládat, že druhá harmonická ECE vyzařuje jako tzv. "černé těleso", tedy že intenzita vyzařování je přímo úměrná elektronové teplotě. Elektronovou teplotu lze tedy s pomocí kalibrovaného radiometru změřit, přičemž z měřené frekvence lze  díky závislosti B(r) získat i informaci o radiální poloze, z níž záření pocházi (viz. obr. 2).

Radiometr instalovaný v současné době na tokamaku COMPASS umožňuje měření v rozsahu 26.5 – 40 GHz a 60 – 90 GHz. Jde o superheterodynní přijímač s dvojitou konverzí kmitočtu. Pásmo  60 – 90 GHz je určeno pro měření elektronové teploty pomocí 2. harmonické ECE a pásmo 26.5 – 40 GHz pro studium elektronových Bernsteinových vln na 1. harmonické.

Obr. 2.: Závislost f_e na radiální pozici v tokamaku COMPASS pro centrální magnetické pole B_T = 1 T. Frekvenční pásma radiometru jsou vyznačena.