Применение методов ядерной физики для диагностики плазмы на основе газодинамической ловушки

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Описан диагностический комплекс, созданный на основе газодинамической ловушки (ГДЛ), для регистрации продуктов синтеза ядер дейтерия, а также рентгеновских и гамма-квантов, возникающих в результате взаимодействия перегретых электронов с элементами конструкции и в результате захвата нейтронов ядрами окружающих материалов. В его состав входят следующие три подсистемы. Первая подсистема создана для регистрации продольного профиля интенсивности dd-реакции. Она построена на основе диодов, которые чувствительны к протонам с энергией 3.02 МэВ, и предусилителей, способных работать с диодами большой площади, смонтированными в специально разработанные детекторные модули. Детекторы расположены внутри вакуумной камеры ГДЛ, они работают в режиме счета отдельных частиц, что позволяет вести абсолютные измерения потока продуктов реакции с временным разрешением около 100 мкс. Такие детекторы были разработаны с учетом опыта эксплуатации на ГДЛ детектора протонов с энергией 3.02 МэВ на основе экспериментального диода. Вторая подсистема – ранее разработанные детекторы на основе пластикового сцинтиллятора СПМ-5 и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Они работают в токовом режиме и предназначены для измерения интенсивности генерации нейтронов с временным разрешением до 25 мкс. В экспериментах с дополнительным нагревом эти детекторы стали использоваться (совместно с протонными детекторами) для определения вклада гамма-квантов и жесткого рентгеновского излучения. Третья подсистема – недавно разработанный спектрометр нейтронов и гамма-квантов на основе стильбенового сцинтиллятора и ФЭУ, он впервые применен в эксперименте с дейтериевой плазмой на ГДЛ. Детектор позволяет разделять частицы различных сортов, в том числе в режимах работы установки, в которых происходит генерация перегретых электронов.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Е. И. Пинженин

Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: e.i.pinzhenin@inp.nsk.su
Russian Federation, 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 11

B. B. Максимов

Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук

Email: v.v.maximov@inp.nsk.su
Russian Federation, 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 11

References

  1. Иванов А.А., Приходько В.В. // Успехи физических наук. 2017. Т. 187. № 5. С. 547. https://doi.org/10.3367/UFNr.2016.09.037967
  2. Beklemishev A., Anikeev A., Astrelin V., Bagryansky P., Burdakov A., Davydenko V., Gavrilenko D., Ivanov A., Ivanov I., Ivantsivsky M., Kandaurov I., Polosatkin S. // Fusion Science and Technology. 2013. V. 63. P. 46. https://doi.org/10.13182/fst13-a16872
  3. Bagryansky P.A., Chen Z., Kotelnikov I.A., Yakovlev D.V., Prikhodko V.V., Zeng Q., Bai Y., Yu J., Ivanov A.A., Wu Y. // Nucl. Fusion. 2020. V. 60. № 3. P. 036005. https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab668d
  4. Максимов В.В., Корнилов В.Н. // ПТЭ. 2001. № 2. С. 56. https://doi.org/10.1023/A:1017571221230
  5. Maximov V.V., Anikeev A.V., Bagryansky P.A., Ivanov A.A., Lizunov A.A., Murakhtin S.V., Noack K., Prikhodko V.V. // Nuclear Fusion. 2004. V. 44. № 4. Р. 542. https://doi.org/10.1088/0029-5515/44/4/008
  6. Pinzhenin E.I., Maximov V.V. // AIP Conference Proceedings. 2016. V. 1771. P. 050013. https://doi.org/10.1063/1.4964207
  7. Bagryansky P., Maximov V., Pinzhenin E., Prikhodko V. // Fusion Science and Technology. 2011. V. 59. P. 256. https://doi.org/10.13182/FST11-A11627
  8. Pinzhenin E., Khilchenko A., Zubarev P., Kvashnin A., Kashchuk Yu., Kovalev A., Obudovsky S. // Plasma and Fusion Research. 2019. V. 14. P. 2402025. https://doi.org/10.1585/pfr.14.2402025
  9. https://sniipplus.ru/
  10. Пурыга Е.А., Хильченко А.Д., Квашнин А.Н., Моисеев Д.В., Иваненко С.В. // ПТЭ. 2022. № 1. С. 44. https://doi.org/10.31857/S0032816222010207
  11. Пурыга Е.А., Хильченко А.Д., Квашнин А.Н., Зубарев П.В., Иванова А.А., Иваненко С.В. // ПТЭ. 2012. № 3. С. 75. https://doi.org/10.1134/S0020441212020170
  12. https://root.cern/
  13. Юров Д.В., Приходько В.В., Цидулко Ю.А. // Физика Плазмы. 2016. Т. 42. № 3. С. 217. https://doi.org/10.7868/S0367292116030100
  14. https://et-enterprises.com/
  15. Soldatkina E., Pinzhenin E., Korobeynikova O., Maximov V., Yakovlev D., Solomakhin A., Savkin V., Kolesnichenko K., Ivanov A., Trunev Yu., Voskoboynikov R., Shulzhenko G., Annenkov V., Volchok E., Timofeev I., Bagryansky P. // Nuclear Fusion. 2022. V. 62. P. 066034. https://doi.org/10.1088/1741-4326/ac3be3

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Gas-dynamic trap setup: 1 – plasma receiver, 2 – waveguides of the microwave plasma heating system, 3 – neutral atom injectors, 4 – stilbene-based neutron and gamma-ray spectrometer, 5 – scintillator- and photomultiplier-based detector, 6 – central cell of the GDT, 7 – expansion tank, 8 – fast ions, 9 – magnetic plug coil, 10 – limiter, 11 – deuterium atom beams, 12–15 – diode-based thermonuclear proton detectors.

Download (214KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Detector module prepared for installation on the GDL.

Download (320KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Three-dimensional model of the detector module: 1 – diode with a sensitive surface area of ​​1 cm2, 2 – part that separates vacuum and atmosphere, 3 – location of the preamplifier, 4 – casing in which the battery block is installed to power the preamplifier (controlled via an optical channel), 5 – standard vacuum flange of the GDL.

Download (368KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. An example of a fragment of an oscillogram obtained from a detector based on a diode with an area of ​​1 cm2.

Download (104KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Energy resolution of the detector when registering protons with an energy of 3 MeV (slowed down in aluminum foil 10 µm thick). Data are given for a diode with a sensitive surface area of ​​1 cm2.

Download (117KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Time diagram of the plasma generation and heating systems (upper graph). Additionally, the signal from the diamagnetic loop located near the fast particle stopping point is shown. Time evolution of the thermonuclear proton flux measured in the GDT experiment (lower graph). Data from four sensors located along the setup are shown. The time resolution is 100 μs.

Download (161KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Longitudinal profiles of the deuterium fusion reaction yield (one branch), obtained as a result of modeling (solid line) and experimental measurements (dots).

Download (102KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Time diagram of the plasma generation and heating systems (upper graph). Additionally, the signal from the diamagnetic loop located near the fast particle stopping point is shown. The signal from the thermonuclear proton detector (middle graph). The yield of the fusion reaction per unit length of the setup, measured by the proton detector and the scintillation detector in the experiment with an X-ray burst (lower graph). The numbers indicate the X-ray bursts during microwave heating of the plasma (1, 2) and microwave breakdown of the gas (3).

Download (154KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Proton detector signal in the time interval from 8.1 to 8.9 ms at the moment of the X-ray burst (upper graph). Scintillation detector signal (lower graph). The dots show the yield of the fusion reaction measured by the number of protons. The numbers 1 and 2 indicate the X-ray bursts recorded by the scintillation detector.

Download (163KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Time diagram of the plasma generation and heating systems (upper graph). Additionally, the signal from the diamagnetic loop is shown. Signal from the scintillation detector (lower graph).

Download (113KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Spectrum of recoil protons during registration of neutrons with an energy of 2.45 MeV at the GDT.

Download (105KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. Spectrum of Compton electrons recorded in a stilbene scintillator in experiments on recording X-ray bursts at the GDT.

Download (183KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences