Применение методов ядерной физики для диагностики плазмы на основе газодинамической ловушки

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

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.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. И. Пинженин

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: e.i.pinzhenin@inp.nsk.su
Россия, 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 11

В. В. Максимов

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

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

Список литературы

  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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Установка газодинамическая ловушка: 1 – приемник плазмы, 2 – волноводы системы СВЧ-нагрева плазмы, 3 – инжекторы нейтральных атомов, 4 – спектрометр нейтронов и гамма-квантов на основе стильбена, 5 – детектор на основе сцинтиллятора и ФЭУ, 6 – центральная ячейка ГДЛ, 7 – расширительный бак, 8 – быстрые ионы, 9 – катушка магнитной пробки, 10 – лимитер, 11 – пучки атомов дейтерия, 12–15 – детекторы термоядерных протонов на основе диодов.

Скачать (214KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Детекторный модуль, подготовленный для установки на ГДЛ.

Скачать (320KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Трехмерная модель детекторного модуля: 1 – диод с площадью чувствительной поверхности 1 см2, 2 – деталь, которая разделяет вакуум и атмосферу, 3 – место расположения предусилителя, 4 – кожух, в который устанавливается блок аккумуляторов для питания предусилителя (управляется по оптическому каналу), 5 – стандартный вакуумный фланец ГДЛ.

Скачать (368KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Пример фрагмента осциллограммы, полученной с детектора на основе диода площадью 1 см2.

Скачать (104KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Энергетическое разрешение детектора при регистрации протонов с энергией 3 МэВ (замедленных в алюминиевой фольге толщиной 10 мкм). Приведены данные для диода с площадью чувствительной поверхности 1 см2.

Скачать (117KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Временная диаграмма работы систем создания и нагрева плазмы (верхний график). Дополнительно приведен сигнал с диамагнитной петли, расположенной вблизи точки остановки быстрых частиц. Временная эволюция потока термоядерных протонов, измеренных в эксперименте на ГДЛ (нижний график). Приведены данные с четырех датчиков, расположенных вдоль установки. Временное разрешение составляет 100 мкс.

Скачать (161KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Продольные профили выхода реакции синтеза дейтерия (одна ветвь), полученные в результате моделирования (сплошная линия) и экспериментальных измерений (точки).

Скачать (102KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Временная диаграмма работы систем создания и нагрева плазмы (верхний график). Дополнительно приведен сигнал диамагнитной петли, расположенной вблизи точки остановки быстрых частиц. Сигнал детектора термоядерных протонов (средний график). Выход реакции синтеза на единицу длины установки, измеренный протонным детектором и сцинтилляционным детектором в эксперименте со вспышкой рентгеновского излучения (нижний график). Цифрами обозначены вспышки рентгеновского излучения при СВЧ-нагреве плазмы (1, 2) и СВЧ-пробое газа (3).

Скачать (154KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Сигнал протонного детектора во временном интервале от 8.1 до 8.9 мс в момент вспышки рентгеновского излучения (верхний график). Сигнал сцинтилляционного детектора (нижний график). Точками показан измеренный по количеству протонов выход реакции синтеза. Цифрами 1 и 2 обозначены вспышки рентгеновского излучения, зарегистрированные сцинтилляцинным датчиком.

Скачать (163KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Временная диаграмма работы систем создания и нагрева плазмы (верхний график). Дополнительно приведен сигнал с диамагнитной петли. Сигнал со сцинтилляционного детектора (нижний график).

Скачать (113KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Спектр протонов отдачи при регистрации нейтронов с энергией 2.45 МэВ на ГДЛ.

Скачать (105KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Спектр комптоновских электронов, зарегистрированных в стильбеновом сцинтилляторе, в экспериментах по регистрации вспышек рентгеновского излучения на ГДЛ.

Скачать (183KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024