научная статья по теме КОРРЕЛЯЦИЯ АНИЗОТРОПИИ ВЫХОДА НЕЙТРОНОВ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ РАЗРЯДА ТИПА “ПЛАЗМЕННЫЙ ФОКУС” Физика

Текст научной статьи на тему «КОРРЕЛЯЦИЯ АНИЗОТРОПИИ ВЫХОДА НЕЙТРОНОВ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ РАЗРЯДА ТИПА “ПЛАЗМЕННЫЙ ФОКУС”»

ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2010, том 36, № 5, с. 436-439

ДИАГНОСТИКА ^^^^^^^^

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ1

УДК 533.9

КОРРЕЛЯЦИЯ АНИЗОТРОПИИ ВЫХОДА НЕЙТРОНОВ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ РАЗРЯДА ТИПА "ПЛАЗМЕННЫЙ ФОКУС" © 2010 г. В. Е. Аблесимов, Ю. Н. Долин, О. В. Пашко, З. С. Цибиков

Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики Саров, Нижегородская область, Россия Поступила в редакцию 17.07.2009 г.

Исследована анизотропия выхода и энергии нейтронов, генерируемых в малогабаритной плазмо-фокусной камере с выходом около 4 х 109 БВ-нейтронов в импульсе. Регистрация нейтронов проводилась сцинтилляционными детекторами на пролетной базе 3 м. Измерения проведены под углами 0° и 90° по отношению к оси камеры. Максимальная энергия нейтронов под углом 0° — 2.8 МэВ и 90° — 2.5 МэВ определена методом времени пролета. Измеренная величина анизотропии выхода нейтронов составляет от 1.15 до 1.88. Интегральный выход ВБ-нейтронов источника измерялся ак-тивационной методикой (активация изотопов серебра). Для исследованной установки обнаружена линейная связь выхода и анизотропии выхода нейтронов с величиной скачка разрядного тока Д/ в момент генерации нейтронов.

ВВЕДЕНИЕ

Анизотропия характеристик нейтронного потока, возникающего в DD-реакции в плотном плазменном фокусе (ПФ), являлась предметом исследований во многих работах, например в работах [1—3]. Эта анизотропия приписывается ускорительному механизму образования нейтронов, согласно которому ускоренные в малой области фокуса дейтроны бомбардируют области невозмущенного газа и разогретой плазменной оболочки (модель "пучок-мишень").

В работах [1, 2] измеренная величина анизотропии выхода нейтронов составляла от 1.28 до 1.48, в работе [3] в узком конусе углов ±5° от оси камеры зафиксирована анизотропия до 5.4—6. Такую величину анизотропии авторы работы [3] связывают с зарегистрированным экспериментально с помощью камеры Фарадея возникновением узких ионных пучков, распространяющихся из области фокуса в том же интервале углов.

Об ускорительном механизме образования выходящих из ПФ-камеры нейтронов свидетельствует и анизотропия распределения нейтронов по энергии. Исследованию спектрально-энергетического распределения нейтронов, рождающихся в ПФ-камерах, посвящены многие работы, в частности работы [1, 2, 4].

1 Под этой рубрикой публикуются избранные статьи, кото-

рые были представлены на XIII Всероссийской конферен-

ции по диагностике высокотемпературной плазмы (8—

13 июня, 2009 г., Звенигород, Московская область).

Наряду с ускорительным механизмом в ПФ-камере в области фокуса (максимального сжатия плазмы) реализуется термоядерный механизм образования нейтронов. Исследование анизотропии выхода нейтронов из ПФ-камеры представляет интерес для изучения вопроса о соотношении термоядерного и ускорительного механизмов генерации нейтронов в исследуемых устройствах.

В работе исследована анизотропия выхода и энергии нейтронов, генерируемых в малогабаритной плазмофокусной камере. Энергозапас конденсаторной батареи составляет 45 кДж. При напряжении конденсаторной батареи 27 кВ, энергии в разряде 13 кДж, давлении дейтерия в камере 2.45 кПа (18 мм рт. ст.) и разрядном токе 0.47 МА с временем нарастания ~1.5 мкс был достигнут выход около 4 х 109 нейтронов в импульсе.

Электроды плазмофокусной камеры имеют геометрию Мейзера — внешний диаметр анода 2.7 см, внутренний диаметр катода 10 см. Длина анода 8.7 см, включая изолятор 1.6 см, наполняемый дейтерием объем около 1 дм3.

Геометрия камеры и условия разряда (величина тока разряда, время нарастания тока, давление газа) близки к оптимальным [5] для широкого диапазона установок с плазмофокусными камерами.

КОРРЕЛЯЦИЯ АНИЗОТРОПИИ ВЫХОДА НЕЙТРОНОВ

437

1. ПОСТАНОВКА ИЗМЕРЕНИИ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Регистрация нейтронного излучения проводилась сцинтилляционными детекторами В1 и В2. Измерения проведены по отношению к оси камеры под углами 0° (детектор В2, располагался на высоте 3 метра ) и 90° (детектор В1, располагался на расстоянии 3 метра в горизонтальной плоскости).

При обработке результатов был учтен вклад рассеянных нейтронов, нелинейность детекторов, зависимость чувствительности детектора от энергии нейтронов.

Выход ОО-нейтронов источника измерялся активационной методикой (активация изотопов серебра) с точностью не хуже 15% (относительная погрешность 3%). Активационный детектор-монитор размещался под углом 90° к оси камеры на расстоянии 96 см от оси.

Коэффициент анизотропии Ка определяется как отношение выхода нейтронов У под углом 0° относительно оси камеры к выходу нейтронов под углом 90° к оси камеры

Ка = У(0°)/У(90°). (1)

В тестовых измерениях оба детектора располагались практически рядом (на расстоянии 5 см между центрами сцинтилляторов) под углом 90° относительно оси камеры на расстоянии 3 м от ее оси. Среднее по четырем измерениям отношение выхода нейтронов в тестовых измерениях, измеренное этими детекторами, составляет 0.98, отклонение от среднего в отдельном измерении не превышает ±0.1. Эта величина является экспериментальной оценкой абсолютной погрешности измерения Ка, поскольку в этот результат входят все погрешности: относительной чувствительности детекторов, влияния электромагнитной наводки, погрешности оператора при обработке осциллограмм.

По зарегистрированным сцинтилляционными детекторами временным зависимостям (рис. 1) генерируемого в камере излучения методом времени пролета определена максимальная энергия нейтронов Еп под углом к оси камеры 0° — 2.8 МэВ и 90° - 2.5 МэВ. Энергия нейтронов определялась методом времени пролета, исходя из интервала времени /(у, п) между фронтами гамма (у) и нейтронного (п) импульсов и пролетного расстояния 3 м.

Энергия нейтронов Еп определялась из известного соотношения

амплитуда, В

/ = 72.3 I/ Е.

1/2

(2)

1.5 1.6

время, 10-6 с

Рис. 1. Пример осциллограмм сигналов с детекторов: Ш-сигнал детектора, установленного под углом 90° к оси камеры, Е(90) = 2.46 МэВ; Ш-сигнал детектора, установленного под углом 0° к оси камеры, Е(0) = = 2.77 МэВ. Символы у и п обозначают соответственно выход гамма-излучения и нейтронов.

(10 нс), I [м] = 3м — пролетное расстояние, Еп — энергия нейтронов в МэВ.

Поскольку уровень сигнала от гамма-излучения спадал к началу нейтронного импульса практически до нуля, интервал времени между фронтами гамма и нейтронного импульса определялся, следуя [1], как интервал между точками пересечения касательной к соответствующему фронту импульса с осью времени на осциллограмме (рис. 1).

В табл. 1 приведены характерные результаты определения энергии нейтронов для направления выхода по оси камеры и перпендикулярно к ней.

Погрешность измерения энергии определяется погрешностью измерения времяпролетного интервала (примерно 1—2 нс, что согласуется с интервалом дискретизации регистратора 1 нс) и

Таблица 1. Результаты измерения анизотропии нейтронного излучения

Здесь / [нс] — сумма интервала времени между фронтами гамма и нейтронного импульса и временем пролета гамма — квантами расстояния 3 м

Дата № импульса Максимальная энергия нейтронов Еп (МэВ) Выход нейтронов У х 109

90° 0°

5.05 5 2.46 2.77 3.63

6 2.40 2.89 3.72

3.06 3 2.50 2.78 2.58

6 2.51 2.83 3.08

среднее 2.47 2.82

438

АБЛЕСИМОВ и др.

амплитуда, В

Ka 2.0

время, 10 6 с Рис. 2. Определение величины тока разряда /тах и его скачка Л/ (штрихпунктирная линия) и сигнал сцин-тилляционного детектора (сплошная линия).

3 А/, отн. ед.

Рис. 3. Зависимость коэффициента анизотропии Ка от величины скачка тока Л/ для 23 измерений (импульсов).

оценивается значением ±0.1МэВ. Средняя энергия распределения нейтронов в наших измерениях не определялась.

Таблица 2. Результаты измерения выхода и анизотропии выхода нейтронов

Дата Номер импульса А/ Ka /max Y х 109

05.05 4 2.63 1.67 14.81 2.74

05.05 5 3.49 1.88 14.01 3.63

05.05 6 3.28 1.82 14.38 3.72

06.05 2 3.17 1.68 14.11 3.74

06.05 3 3.36 1.69 13.69 3.59

06.05 6 3.21 1.69 13.60 3.27

07.05 5 1.34 1.26 16.23 3.29

07.05 6 2.97 1.68 14.80 3.79

12.05 0 2.06 1.60 14.06 3.29

13.05 5 1.79 1.69 13.20 2.74

13.05 6 1.73 1.73 13.46 2.76

13.05 7 1.64 1.70 13.33 3.09

14.05 3 1.81 1.46 13.36 3.04

14.05 7 1.66 1.64 13.48 3.39

20.05 3 1.54 1.33 13.42 2.61

20.05 5 1.48 1.54 13.74 2.41

21.05 2 2.07 1.30 14.27 3.49

21.05 3 2.03 1.39 14.91 2.76

21.05 6 2.33 1.18 13.58 2.63

03.06 1 1.06 1.24 14.35 1.74

03.06 2 1.43 1.15 14.91 1.99

03.06 3 1.28 1.24 14.48 2.58

03.06 4 1.41 1.23 14.58 2.29

Значение максимальной энергии нейтронов в тестовых измерениях для детекторов D1 — 2.50 МэВ и D2 — 2.53 МэВ практически совпадает. Оценка по модели "пучок-мишень" (beam-target) [6] дает величину энергии дейтронов, ускоренных в направлении оси камеры, около 0.2 МэВ.

Пример осциллограмм сигналов с детекторов приведен на рис. 1, результаты измерений выхода нейтронов и анизотропии выхода — в табл. 2.

2. КОРРЕЛЯЦИЯ АНИЗОТРОПИИ ВЫХОДА С ВЕЛИЧИНОЙ СКАЧКА РАЗРЯДНОГО ТОКА

Помимо выхода Y и анизотропии выхода нейтронов в каждом импульсе (как это иллюстрируется рис. 2) регистрировалась зависимость разрядного тока / от времени и определялся скачок тока А/, который соответствует так называемой "особенности" на осциллограмме разрядного тока. За минимальное значение тока принималась его величина в момент генерации излучения. Заметим, что максимальная величина разрядного тока менялась незначительно — предельное отношение в серии импульсов составило 1.23.

В табл. 2 приведены для 23 импульсов — величина скачка разрядного тока А/ и максимальное его значение /max (в относительных единицах), значение коэффициента анизотропии Ka и интегрального выхода нейтронов Y в импульсе.

По результатам обработки величина коэффициента анизотропии Ка составляет от 1.15 до 1.88.

Была исследована связь величины анизотропии выхода нейтронов с величиной скачка А/ разрядного тока в камере. Экспериментальные данные аппроксимировались линейной зависимостью методом наименьших квадратов.

1

2

КОРРЕЛЯЦИЯ АНИЗОТРОПИИ ВЫХОДА НЕЙТРОНОВ

439

Y х 109 4

3

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Физика»