Elektroniczne systemy pomiarowe do diagnostyki gorącej plazmy tokamakowej

• Autorzy: Poźniak K. , Byszuk A. , Chernyshova M. , Czarski T. , Kasprowicz G. , Kolasiński P. , Krawczyk R. , Linczuk M. , Romaniuk R. , Wojeński A. , Zienkiewicz P. , Zabłotny W.

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2016.2.1

Warianty tytułu

EN

Electronic measurement system for hot tokamak plasma diagnostics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono opracowane przez Zespół Autorów wydajne elektroniczne systemy pomiarowe do diagnostyki gorącej plazmy tokamakowej bazujące na detektorach GEM. Na wstępie krótko omówiono realizowane eksperymenty fizyczne związane z gorącą plazmą oraz zasadę działania detektorów GEM, wykorzystywanych do rejestracji promieniowania miękkiego typu X emitowanego w tokamakach. Przedstawiono ogólną koncepcję budowy systemów elektronicznych do realizacji diagnostyki gorącej plazmy, działających z dużą ilość kanałów wejściowych oraz krótkim czasem przetwarzania danych. Omówiono dwa kluczowe systemy opracowywane przez Zespół: system sprzętowego histogramowania miękkiego promieniowania X oraz system szybkiej akwizycji potokowej miękkiego promieniowania X. Opisano budowę sprzętową systemów, opracowane koncepcje oraz implementacje oprogramowania (firmware oraz software) wraz z niezbędnymi algorytmami. Przedstawiono ponadto wyniki z działania systemów.

EN

This paper presents designed by the Research Team high performance electronic measurement system for hot tokamak plasma diagnostics, based on GEM detectors. The introduction is a brief description of the experiments related with hot plasma and the basics of the GEM detectors, used for tokamaks’ soft X-ray radiation registration. In the text is discussed the general design structure of electronic systems, working with high number of input channels and fast data processing. Two systems, designed by the Research Team, are also introduced: hardware soft X-ray histogramming system and fast serial soft X-ray data acquisition system. Description covers aspects of hardware construction, implemented firmware and software along with the necessary algorithms. The measurement result of the systems are also briefly discussed.

Słowa kluczowe

PL

FPGA; tokamak; plazma; detektor GEM; diagnostyka; system pomiarowy; szybka akwizycja danych; HDL; przetwarzanie danych

EN

FPGA; tokamak; plasma; GEM detectors; diagnostics; measurement system; fast data acquisition; HDL; data processing

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 57, nr 2
• Strony: 3--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Poźniak K.

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska, Warszawa, Polska

autor

Byszuk A.

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska, Warszawa, Polska

autor

Chernyshova M.

• Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, Warszawa, Polska

autor

Czarski T.

• Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, Warszawa, Polska

autor

Kasprowicz G.

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska, Warszawa, Polska

autor

Kolasiński P.

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska, Warszawa, Polska

autor

Krawczyk R.

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska, Warszawa, Polska

autor

Linczuk M.

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska, Warszawa, Polska

autor

Romaniuk R.

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska, Warszawa, Polska

autor

Wojeński A.

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska, Warszawa, Polska

autor

Zienkiewicz P.

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska, Warszawa, Polska

autor

Zabłotny W.

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska, Warszawa, Polska

Bibliografia

• [1] R. Hawryluk, et al., „Principal physics developments evaluated in the ITER design review,” Nucl. Fusion 49, p. 065012, 2009.
• [2] D. Vezinet, et al., „Principal physics developments evaluated in the ITER design review,” Nucl. Fusion 49, p. 065012, 2009.
• [3] A. F. Buzulutskov, „Radiation Detectors Based on Gas Electron Multipliers,” Instruments and Experimental Techniques Vol. 50, No. 3, p. 287–310., 2007.
• [4] J. Rzadkiewicz, et al., „Design of T-GEM detectors for X-ray diagnostics on JET,” Nucl. Instrum. Meth. A 720, p. 36, 2013.
• [5] D. Mazon, et al., „Soft x-ray tomography for real-time applications: present status at Tore Supra and possible future developments,” Review of Scientific Instruments 83, p. 063505, 2012.
• [6] M. Chernyshova, et al., „Conceptual design and development of GEM based detecting system for tomographic tungsten focused transport monitoring,” Journal of Instrumentation, Volume 10, pp. doi:10.1088/1748-0221/10/10/P10022, 2015.
• [7] T. Nakano, et al., „Determination of tungsten and molybdenum concentrations from an X-ray range spectrum in JET with the ITER-like wall configuration,” J. of Physics B: At. Mol. Opt. Phys. 48, p. 144023, 2015.
• [8] A. E. Shumack, J. Rzadkiewicz, M. Chernyshova, K. Jakubowska, M. Scholz, A. Byszuk, R. Cieszewski, T. Czarski, W. Dominik, L. Karpinski, G. Kasprowicz, K. Pozniak, A. Wojenski, W. Zabolotny, N. J. Conway, S. Dalley, J. Figueiredo, T. Nakano, S. Tyrrell, K. D. Zastrow, V. Zoita and JET EFDA Contributors, „X-Ray crystal spectrometer upgrade for ITER-like wall experiments at JET”, Review of Scientific Instruments, volume 85, issue: 11 (11E425), 2014.
• [9] M. Chernyshova, et al., „Development of GEM gas detectors for X-ray crystal,” Journal of Instrumentation, p. C03003, 2014.
• [10] T Czarski, et al., „On-line separation of overlapped signals from multi-time photons for the GEM-based detection system”, Proceedings of SPIE, volume 9662, 2015.
• [11] C. collaboration, „Measurement of the muon charge asymmetry in inclusive pp to WX production at sqrt (s)= 7 TeV and an improved determination of light parton distribution functions,” arXiv preprint arXiv:1312.6283, 2013.
• [12] Jan Bihałowicz et al., „3D imaging of nuclear reactions using GEM TPC”, Proceedings of SPIE, volume 9290, 2014.
• [13] A. E. Shumack, J. Rzadkiewicz, M. Chernyshova, K. Jakubowska, M. Scholz, A. Byszuk, R. Cieszewski, T. Czarski, W. Dominik, L. Karpinski, G. Kasprowicz, K. Pozniak, A. Wojenski, W. Zabolotny, N. J. Conway, S. Dalley, J. Figueiredo, T. Nakano, S. Tyrrell, K. D. Zastrow, V. Zoita and JET EFDA Contributors, „X-Ray crystal spectrometer upgrade for ITER-like wall experiments at JET”, Review of Scientific Instruments, volume 85, issue: 11 (11E425), 2014.
• [14] A. Wojenski, G. Kasprowicz, K. T. Poźniak, R. Romaniuk, „Data Acquisition Methods for GEM detectors“, Proceedings of SPIE, volume 9290, 2014.
• [15] T. Czarski, M. Chernyshova, K. T. Pozniak, G. Kasprowicz, A. Byszuk, B. Juszczyk, A. Wojenski, W. Zabolotny, P. Zienkiewicz, Data processing for soft X-ray diagnostics based on GEM detector measurements for fusion plasma imaging, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, Volume 364, 1 December 2015, Pages 54-59, ISSN 0168-583X, http://dx.doi.org/10.1016/j.nimb.2015.08.092.
• [16] Report on Installation and Commissioning the Detectors at JET, 2013.
• [17] A. J. Wojenski, G. Kasprowicz, K.T. Pozniak, A. Byszuk, M. Chernyshova, T. Czarski, S. Jablonski, B. Juszczyk, P. Zienkiewicz, Multichannel reconfigurable measurement system for hot plasma diagnostics based on GEM-2D detector, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, Volume 364, 1 December 2015, Pages 49–53, ISSN 0168-583X, http://dx.doi.org/10.1016/j.nimb.2015.06.022.
• [18] G. Kasprowicz, T. Czarski, M. Chernyshova, W. Dominik, K. Jakubowska, L. Karpinski, K. Kierzkowski, K. Pozniak, J. Rzadkiewicz, M. Scholz, W. Zabolotny, “Fast ADC based multichannel acquisition system for the GEM detector”, Proceedings of SPIE, volume 8454, 2012.
• [19] K. T. Pozniak, A. Byszuk, M. Chernyshova, R. Cieszewski, T. Czarski, W. Dominik, K. Jakubowska, G. Kasprowicz, J. Rzadkiewicz, d, M. Scholz, W. Zabolotny, “FPGA based charge fast histogramming for GEM detector”, Proceedings of SPIE, volume 8903, 2013.
• [20] W. M. Zabołotny, A. Byszuk, M. Chernyshova, R. Cieszewski, T. Czarski, W. Dominik, K. L. Jakubowska, G. Kasprowicz, K. Pozniak, J. Rzadkiewicz, M. Scholz, “Embedded controller for GEM detector readout system”, Proceedings of SPIE, volume 8903, 2013.
• [21] M. Chernyshova, K. Malinowski, A. Ziółkowski, E. Kowalska-Strzęciwilk, T. Czarski, K. T. Poźniak, G. Kasprowicz, W. Zabołotny, A. Wojeński, P. Kolasiński, R. D. Krawczyk, “GEM detector development for tokamak plasma radiation diagnostics: SXR poloidal tomography”, Proceedings of SPIE, volume 9662, 2015.
• [22] T. Czarski, M. Chernyshova, K. T. Pozniak, G. Kasprowicz, W. Zabolotny, P. Kolasinski, R. Krawczyk, A. Wojenski, P. Zienkiewicz, „Serial data acquisition for the X-ray plasma diagnostics with selected GEM detector structures”, Journal of Instrumentation, volume 10, number 10, 2015.
• [23] A. Wojenski, K. Pozniak, G. Kasprowicz, W. Zabolotny, A. Byszuk, P. Zienkiewicz, M. Chernyshova, T. Czarski, „Concept and current status of data acquisition technique for GEM detector based SXR diagnostics”, Fusion Science and Technology, 2015 (w druku).
• [24] G. Kasprowicz, A. Byszuk, A. Wojenski, P. Zienkiewicz, T. Czarski, M. Chernyshova, K. Poźniak, J. Rzadkiewicz, W. Zabolotny, B. Juszczyk, „Fast modular data acquisition system for GEM-2D detector”, Proceedings of SPIE, volume 9290, 2014.
• [25] A. Wojenski, G. Kasprowicz, K. T. Poźniak, A. Byszuk, B. Juszczyk, W. Zabołotny, P. Zienkiewicz, M. Chernyshowa, T. Czarski, D. Mazon, P. Malard, “Diagnostic-Management System and Test Pulse Acquisition for WEST Plasma Measurement System”, Proceedings of SPIE, volume 9290, 2014.
• [26] A. Wojenski, G. Kasprowicz, K. T. Pozniak, W. Zabolotny, A. Byszuk, B. Juszczyk, P. Kolasinski, R. D. Krawczyk, P. Zienkiewicz, M. Chernyshova, T. Czarski, “FPGA based charge acquisition algorithm for soft x-ray diagnostics system”, Proceedings of SPIE, volume 9662, 2015.
• [27] P. Kolasinski, K. T. Pozniak, T. Czarski, A. Byszuk, M. Chernyshova, G. Kasprowicz, R. D. Krawczyk, A. Wojenski, W. Zabolotny, “Fast data transmission from serial data acquisition for the GEM detector system”, Proceedings of SPIE, volume 9662, 2015.
• [28] T. Carski, et al. On line separation of overlapped signals from multi-time photons for the GEM based detection system, Proceedings of SPIE, volume 9662, 2015.
• [29] P. Kolasinski , et al., “Serial Data Acquisition for GEM-2D detector”, Proceedings of SPIE, volume 9290, 2014.
• [30] R. D. Krawczyk, et al., „On algorithmic optimization of histogramming functions for GEM systems”, Proceedings of SPIE, volume 9662, 2015.
• [31] R. D. Krawczyk, et al., “Introducing parallelism to histogramming functions for GEM systems”, Proceedings of SPIE, volume 9662, 2015.
• [32] A. Wojenski, G. Kasprowicz, K. T. Pozniak, B. Juszczyk, P. Zienkiewicz, “Distributed diagnostic system for tokamaks high-voltage power supply section”, Proceedings of SPIE, volume 9662, 2015.
• [33] D. O. Tavares, R. A. Baron, F. H. Cardoso, S. R. Marques, L. M. Russo, A. P. Byszuk, G. Kasprowicz, A. J. Wojeński, “Development of an Open-Source Hardware Platform for SIRIUS BPM and Orbit Feedback”, Proceedings of the 14th International Conference on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems, “The National Ignition Facility, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)”.
• [34] A. Wojeński, K. T. Poźniak, G. Kasprowicz, W. Zabolotny, A. Byszuk, P. Zienkiewicz, M. Chernyshova, T. Czarski „Fast data acquisition measurement system for plasma diagnostics using GEM detectors”, Proceedings of Science, 2015.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.