Время, мкс

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
Расположение ионных диагностик на установке ГОЛ-3
Сцинтилляционный
PSD детектор
Электронный пучок
Пузырьковые камеры
Ag активационный счетчик
Плазменный столб
Диодная камера
ускорителя У-2
Спектральная система
высокого разрешения
Приемник пучка
air
Перемещаемый сцинтилляционный детектор
Анализатор нейтралов
перезарядки
E
Результат обработки экспериментальных импульсов
нейтроны + -кванты
200
150
кванты АЦП
100
50
0
нейтроны
200
150
100
50
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
время, мс
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.
Быстрый нагрев ионов на установке ГОЛ-3
Экспериментально обнаружен быстрый нагрев ионной компоненты плазмы.
Измерения поперечного
давления плазмы
диамагнитным зондом
Ti , кэВ
PL5369
1
ne = (3,5±0,5) × 1014 cм-3
0
2
нейтроны
о.е
Измерения нейтронного
потока сцинтиляционным
детектором
n e T e + n iT i
Измерение Ti по
допплеровскому
уширению профиля
линии D
2
PL5369
1
0
2
× 1015 кэВ/см3
1
PL5369
0
0
100
200
300
400
500
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.
Схема нейтронной диагностики на основе локальных детекторов
Защищенный зал
Ýëåêò ðî í í û é ï ó÷î ê
Ï ëàçì åí í û é ñò î ëá
Кристаллический
сцинтиллятор
световоды
4 х фэу-84
ADC 1225
пультовая
Ï ðèåì í èê ï ó÷êà
Пластмассовый
сцинтиллятор
Распределение интенсивности нейтронного излучения вдоль установки
Один и тот же детектор, статистика за много выстрелов
PL5715
10
диамагнетизм
1
dia 4.8 us
neutron 8us
neutron 50us
neutron 300us
0.1
0.01
0.001
0
2
4
6
8
m
10
12
14
Локальная интенсивность нейтронного излучения соответствует
локальному давлению плазмы
Зависимость формы и интенсивности сигналов от координаты вдоль
установки, n = 1.1*1015 см-3
x 1000
40
20
pl5735
z= - 0.2m
pl5747
z=0.15m
0
4
2
0
16
8
pl5748
z=0.61m
pl5750
z=2.13m
0
2
1
0
0.16
pl5744
0.08
z=8.3m
0
0
20
40
60
80
время, мкс
100
120
140
Взаимное расположение локальных детекторов на установке ГОЛ-3
входная пробка
neutron 5 (стильбен, фэу)
local #2
local #1
e- - beam
2
3
4
5
6
1
local_PWO
диафрагма
0
local #3
7
9
8
диамагнитный
зонд D077
Z, м
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
1
Локальные детекторы сосредоточены в области максимальной интенсивности
нейтронной эмиссии.
Сравнение формы сигналов с различных плазменных диагностик
# p l5 8 3 8
10
диамагнитный зонд, Z=77 см
Local #1, Z= 89 см
0.1
Local #2, Z= 82 см
0.1
Local #3, Z= 75 см
0.1
Neutron 5, Z= 59 см
0.1
Local PWO, Z= 59 см
0.1
время, мкс
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
Предполагаемый механизм возбуждения периодических флуктуаций и
структура флуктуаций нейтронного сигнала
 t ≈ 0,66µs
нейтр/см2мкс
5000
Возбуждение стоячих звуковых
волн при течении плазмы сквозь
многопробочную ловушку
2000
4000
1000
3000
24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38
2000
Замечено
: t ~
l
VTi
55
60
 t ≈ 0,78µs
1000
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Время, мкс
40
45
50
Форма отдельных импульсов периодических флуктуаций
Детектор: Стильбен + ФЭУ 87
Оцифровка: ADC 200 (5нс,8бит),
разработка ИЯФ (Батраков А.М,
Сазанский В.Я.)
Выстрел #5772
мкс
27
27.5
28
28.5
29
Выстрел #5908
26
26.5
27
27.5
28
28.5
29
29.5
Время, мкс
30
30.5
31
31.5
32
Продолжительность периодических флуктуаций нейтронного сигнала
нейтрон/см2мкс
1600
1000
1200
Local #0 8 – 9 кат.
500
800
0
Local #1 9 – 10 кат.
400
Local #3 7 – 8 кат.
0
0
5
10
15
20
25
время, мкс
30
35
40
45
5
Поведение нейтронной эмиссии на больших временах
выстрел #6395
нейтрон/см2мкс
1000
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
Local #0 8 – 9 кат.
Стадия
флуктуаций
пучок
100
стадия установления
стадия остывания плазмы
10
0
50
100
150
200
время, мкс
250
300
350
400
Оценка ионной температуры для измерений с помощью локальных детекторов
поток нейтронов на детекторе, нейтрон/см2мкс
10000
Расчет скорости D-D реакции
для максвелловской плазмы
с плотностью n = 1.1*1015 см-3
1000
Ti максв.
(кэВ)
Энергия частиц, дающих
максимальный вклад в
реакцию
1
2,94
2
5,00
3
6,84
Для распределения ионной
температуры по радиусу:
5
10,22
7
13,38
Ti( r ) = const
10
17,93
100
10
парабола
H. Brysk, Plasma Physics, V.15,
1973
1
1
2
3
Ti , кэВ
4
5
6
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.