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.