托卡馬克研究作為目前世界上最成功的受控核聚變裝置已經取得了巨大的進展。EAST是我國自主建設具有D形截面的大型全超導托卡馬克實驗裝置，它的高參數穩態等離子體運行及相關工程技術和物理研究，對于正在建設的國際熱核聚變實驗堆的穩態運行及物理研究有著十分重大的參考意義。

　　低雜波電流驅動（LHCD）是目前托卡馬克裝置中電流驅動效率最高的非感應電流驅動方法。LHCD通過朗道阻尼驅動快電子來維持等離子體電流，因此可以利用快電子和主等離子體相互作用時發出的特定波段輻射（主要是韌致輻射）來研究LHCD的驅動效果。LHCD驅動的快電子能量從外部到芯部逐漸衰減，分布在數十到數百keV之間，相應的韌致輻射在硬X射線(HXR)能段。因此通過測量特征硬X 射線快電子行為可以研究低雜波的電流驅動行為。近年來，工作溫度在室溫區域的新型半導體CdTe探頭成為最佳的替代品，并在HT-7上獲得成功應用，解決了上述的諸多限制條件，等離子體小截面上徑向二維HXR診斷已經取得了相當滿意的結果。但是由于HT-7缺少切向窗口，因此在剛剛開展物理實驗的全超導托卡馬克EAST上研制了這套基于CdTe探頭的HXR水平切向陣列（Hard X-rayHorizontal Tangent array spectroscopic Analyzer）, 簡稱HXHTA，主要目的是研究水平方向快電子行為、LHCD的沉積及LHCD的驅動效率等物理特性，并為進一步建立垂直HXR 系統提供經驗。

　　HXHTA的簡要工作流程是：主等離子體特定水平位置的X射線特征能量在半導體探頭里激發電子—空穴對，在偏壓的作用下，形成相應能量的輸出電流信號，經過兩級放大變成窄脈沖電壓信號，信號高度（正比于X射線能量）被多道脈沖分析儀（MCA）轉變成數字信號，再輸入計算機進行相應的物理分析。為了得到盡可能準確的物理分析結果，X射線能譜篩選、探測器匹配以及裝置抗干擾設計就顯得尤為重要。本文介紹了HXHTA的設計及其實現、與EAST裝置聯機得到的實驗結果，并根據實驗數據驗證了本設計的正確性和可靠性。

2、基于CdTe探頭的HXR診斷

　　EAST裝置等離子體放電是在縱向磁場和極向磁場與等離子體自身產生的極向磁場復合作用形成螺旋變化的復雜磁場位形中約束定向運動的電子和相應反向運動的離子形成的電流，如圖1所示。

圖1 托卡馬克裝置等離子體磁場位形

　　根據準線性理論計算的低雜波電流驅動的驅動效率ηcd與低雜波被等離子體吸收時的平行折射率平方N2成反,所以低雜波主要朝大環的一個切線方向發射，從而在電子速度分布的高能尾部形成速度平臺，使得ηcd最大。如果需要精確地測量快電子分布函數以及角向動量分布，則需要切向多角度的快電子韌致輻射（FEB）診斷。雖然測量到的切向HXR是單個切線方向上的第二類曲線積分，但是由于快電子韌致輻射具有角向不均勻性，而且由于相對論效應其輻射主要集中在低雜波入射方向，可以近似認為是切線所在弧對應的FEB。等離子體放電的大環主要區域是在半徑130cm 到235cm 之間。HXHTA的正向和反向探頭都為16個，把等離子體區域劃分為16個同心圓環，空間分辨率為7cm。因為窗口水平尺寸有限，各方向的探頭按奇偶數分置兩層，層距3 cm，而等離子體小截面高度接近3m，經過計算大環半徑誤差小于0.1cm，誤差對空間分辨率影響可以忽略，如圖2所示。

（射線分別表示探測器所在等離子體層中單個切向發射出的HXR 向量和，其值為第二類曲線積分）

圖2 C窗口HXHTA示意圖

　　CdTe探頭體積小，對HXR具有較高的能量沉積率，能在有限的空間內實現多道測量，同時在無防護的情況下探頭抗中子干擾能力也比同類探測器強，即使在中子輻射很強的情況下，由LHCD產生的HXR能譜也能被很好地識別出來，因此CdTe探頭作為可靠的測量手段在很多托卡馬克裝置上得到應用。我們使用的法國Eurorad公司制造的CdTe 能譜型探頭，尺寸為5×5×3mm,有效測量范圍在20～200keV，且吸收率的線形較好，如圖3所示，圖中低能段是在探測狹縫口上加裝1mm厚的鋁膜用于截止低能射線。它對200keV的HXR 吸收率是31.6%；對57Co的122keV 的特征峰最好，分辨率可達3.8%，如圖4所示。

圖3 切向HXR探測系統的探測效率

圖4 探頭No.301+PR16-SFN0301FWHM=4.7keV