Upload
louis-robbins
View
51
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ НЕЙТРОННОЙ ЭМИССИИ В МНОГОПРОБОЧНОЙ ЛОВУШКЕ ГОЛ-3. Ю.С.Суляев Научный руководитель: Бурдаков А.В. Введение Эксперимент с локальными детекторами 2 . 1. Описание эксперимента 2 . 2. Зависимость интенсивности нейтронного потока от - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ НЕЙТРОННОЙ ЭМИССИИ В МНОГОПРОБОЧНОЙ
ЛОВУШКЕ ГОЛ-3
Ю.С.Суляев
Научный руководитель: Бурдаков А.В.
1. Введение
2. Эксперимент с локальными детекторами
2.1. Описание эксперимента
2.2. Зависимость интенсивности нейтронного потока от
координаты вдоль установки
2.3. Флуктуации нейтронного потока в отдельных ячейках
3. Заключение
Ag акт ивационны й счет чик
Перемещ аемы й сцинт ил-ляционны й детектор
Сцинт илляционны й детектор PSD
air
E
Анализатор нейт раловперезарядки
Спект ральная сист ема вы сокого разреш ения
Элект ронны й пучок
Приемник пучка
Пузы рьковы е камеры
Диодная камераускорит еля У-2
Плазменны й ст олб
Расположение ионных диагностик на установке ГОЛ-3
Сцинтилляционные импульсы детектора с цифровым PSD (Z=4.3m). a) необработанный сигнал, содержит нейтронную и -компоненту продуктов термоядерных реакций; b) сигнал, обработанный системой цифровой PSD, содержит только нейтроны.
0
50
100
150
200
0
50
100
150
200
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 время, мс
кван
ты А
ЦП
нейтроны + -кванты
нейтроны
Результат обработки экспериментальных импульсов
Измерение Ti подопплеровскому
уширению профиля линии D
Измерения поперечного давления плазмы
диамагнитным зондом
Измерения нейтронного потока сцинтиляционным
детектором
Классический механизм передачи энергии через парные столкновения:
ei ~ 1мс >> эксп Существует коллективный механизм передачи энергии от электронов к ионам.Для подтверждения этого предположения создана нейтронная диагностика, позволяющая наблюдать динамику нейтронной эмиссии во время инжекции пучка.
Быстрый нагрев ионов на установке ГОЛ-3
0
1
2
PL5369
0
1
2
ne
Te
+n
iTi
PL5369
0 100 200 300 400 500
0
1
2PL5369
ней
тро
ны
о.е
Ti ,
кэВ
ne = (3,5±0,5) × 1014 cм-3
× 1015 кэВ/см3
Экспериментально обнаружен быстрый нагрев ионной компоненты плазмы.
Схема нейтронной диагностики на основе локальных детекторов
4 х фэу-84 ADC 1225
Ý ë åêò ðî í í û é ï ó÷ î ê
Ï ðè åì í è ê ï ó÷êàÏ ë àçì åí í û é ñò î ë á
пультовая
Защищенный зал
световоды
Пластмассовый сцинтиллятор
Кристаллический сцинтиллятор
Распределение интенсивности нейтронного излучения вдоль установки
Локальная интенсивность нейтронного излучения соответствует локальному давлению плазмы
диамагнетизм
0 2 4 6 8 10 12 14m
0.001
0.01
0.1
1
10
dia 4.8 usneutron 8usneutron 50usneutron 300us
PL5715
Один и тот же детектор, статистика за много выстрелов
Зависимость формы и интенсивности сигналов от координаты вдоль установки, n = 1.1*1015 см-3
время, мкс
0
8
160
2
4
pl5747
z=0.61m
0
1
2
0 20 40 60 80 100 120 1400
0.08
0.16
p l5748
pl5750
p l5744
z=2.13m
z=8.3m
z=0.15m
0
20
40
z= - 0.2mpl5735
x 1000
Z, м
2 3 4 5 6 7 8 9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Взаимное расположение локальных детекторов на установке ГОЛ-3
e- - beam
входная пробка
диафрагма
neutron 5 (стильбен, фэу)
local_PWO
local #2
local #3
local #1
диамагнитныйзонд D077
Локальные детекторы сосредоточены в области максимальной интенсивности нейтронной эмиссии.
0.1
0.1
0.1
0.1
10 # p l5 8 3 8
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
0.1
время, мкс
диамагнитный зонд, Z=77 см
Local #1, Z= 89 см
Local #2, Z= 82 см
Local #3, Z= 75 см
Neutron 5, Z= 59 см
Local PWO, Z= 59 см
Сравнение формы сигналов с различных плазменных диагностик
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
0
1000
2000
3000
4000
5000
2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8
1000
2000
Время, мкс
Предполагаемый механизм возбуждения периодических флуктуаций и структура флуктуаций нейтронного сигнала
t ≈ 0,66µs
t ≈ 0,78µs
t ~ l
VTi
Замечено :
нейтр/см2мкс Возбуждение стоячих звуковых волн при течении плазмы сквозь
многопробочную ловушку
2 6 2 6 . 5 2 7 2 7 . 5 2 8 2 8 . 5 2 9 2 9 . 5 3 0 3 0 . 5 3 1 3 1 . 5 3 2
2 7 2 7 . 5 2 8 2 8 . 5 2 9
Детектор: Стильбен + ФЭУ 87Оцифровка: ADC 200 (5нс,8бит), разработка ИЯФ (Батраков А.М, Сазанский В.Я.)
Форма отдельных импульсов периодических флуктуаций
Время, мкс
мкс
Выстрел #5908
Выстрел #5772
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 1400
400
800
1200
1600
0
500
1000
нейтрон/см2мкс
время, мкс
Продолжительность периодических флуктуаций нейтронного сигнала
Local #3 7 – 8 кат.
Local #1 9 – 10 кат.
Local #0 8 – 9 кат.
время, мкс
Поведение нейтронной эмиссии на больших временах
0 50 100 150 200 250 300 350 40010
100
1000
Local #0 8 – 9 кат.
выстрел #6395С
тад
ия
фл
укту
аций
стадия установления стадия остывания плазмы
нейтрон/см2мкс 1. Стадия флуктуаций – ионы плазмы набирают высокую энергию
2. Стадия установления – ион-ионные столкновения приводят к максвеллизации, устанавливается квазистационарное распределение давления по длине
3. Стадия остывания
пуч
ок
1 2 3 4 5 61
10
100
1000
10000
Ti , кэВ
пото
к не
йтр
онов
на
дет
екто
ре,
ней
трон
/см
2 мкс
Расчет скорости D-D реакции для максвелловской плазмы с плотностью n = 1.1*1015 см-3
Оценка ионной температуры для измерений с помощью локальных детекторов
Ti максв.
(кэВ)
Энергия частиц, дающих максимальный вклад в реакцию
1 2,94
2 5,00
3 6,84
5 10,22
7 13,38
10 17,93
H. Brysk, Plasma Physics, V.15, 1973
Ti( r ) = const
парабола
Для распределения ионной температуры по радиусу:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
•На установке ГОЛ-3 создан комплекс диагностик для регистрации нейтронного и гамма-излучения, разработана методика цифровой n-gamma дискриминации по форме импульса .
•Измерен поток нейтронов, который имеет типичные значения 109-1010 нейтрон ·м-1·сек-1. Генерация нейтронов длится ~1мс.
•Обнаружена сильная неравномерность нейтронной эмиссии вдоль установки.
•Нейтронное излучение возникает через 4 – 5 мкс. после начала инжекции электронного пучка как интенсивные вспышки.
•Обнаружены периодические колебания нейтронного потока после окончания инжекции пучка.
•Динамика нейтронной эмиссии находится в согласии с другими измерениями и моделью быстрого нагрева ионов.