ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2012, том 38, № 10, с. 890-893
ДИАГНОСТИКА ПЛАЗМЫ
УДК 533.9
КОРРЕЛЯЦИЯ ВЫХОДА НЕЙТРОНОВ ИЗ ПЛАЗМЕННОГО ФОКУСА С ВЕЛИЧИНОЙ СКАЧКА
РАЗРЯДНОГО ТОКА
© 2012 г. В. Е. Аблесимов, Г. В. Карпов, З. С. Цибиков
Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики, Саров, Нижегородская область, Россия e-mail: ablesimov_v@mail.ru Поступила в редакцию 14.07.2011 г. Окончательный вариант получен 30.03.2012 г.
Исследована связь выхода нейтронов У с величиной скачка разрядного тока Д/ для разрядной камеры типа "плазменный фокус". Интегральный выход ДД-нейтронов источника измерялся активаци-онной методикой (активация изотопов серебра). Временная зависимость выхода нейтронного и гамма-излучения регистрировалась сцинтилляционными детекторами. Для используемой установки обнаружена линейная зависимость выхода нейтронов от скачка разрядного тока Д/ в момент генерации нейтронов, а также влияние на эту зависимость начального давления дейтерия в разрядной камере.
ВВЕДЕНИЕ
Линейная связь выхода нейтронов У из плазменного фокуса (ПФ) и величины скачка разрядного тока А/ уже была отмечена ранее в работе [1]. Чтобы понять насколько такая закономерность универсальна, необходимо было понять существует ли аналогичная зависимость в экспериментах с ПФ-камерой другой конструкции.
Для эксперимента использовалась разрядная камера с длинными цилиндрическими коаксиальными электродами, так называемая "мейзе-ровская" камера [2]. Потенциальный электрод — анод, диаметром 70 мм. Заземленный электрод — катод выполнен в виде трубы с перфорационными отверстиями по всей поверхности. Внутренний диаметр катода 120 мм, длина 280 мм. Торцевые окончания анода и катода находятся в одной плоскости на расстоянии 280 мм от входного заземленного фланца. Анод и входной фланец разделены керамическим изолятором. Диаметр изолятора 70 мм, высота 70 мм. Электродная система камеры располагается в герметичном корпусе. Использовались неорганические вакуумные уплотнения, откачка осуществлялась безмасляным турбомолекулярным насосом.
Камера размещалась на установках МОДУЛЬ [3] и КАСКАД [4] с различным энергозапасом. На той и другой установке проведено несколько серий импульсов при неизменном начальном давлении дейтерия в камере.
ПОСТАНОВКА ИЗМЕРЕНИЙ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Интегральный выход ДД-нейтронов источника измерялся активационной методикой (активация изотопов серебра). Временная зависимость выхода нейтронного и гамма-излучения регистрировалась сцинтилляционными детекторами, размещенными на расстоянии 3 м перпендикулярно оси камеры. Ток в камере измерялся с помощью 6 одинаковых индукционных датчиков — катушек из нескольких витков, расположенных равномерно по азимуту на расстоянии 65 мм от оси камеры. Площадь витка составляла 30.25 мм2, количество витков в катушке 2. Расчетная чувствительность датчика —5.37 х 109 А • с-1 • В-1. Регистрируемые сигналы пропорциональны производной тока в камере и практически идентичны. Зависимость тока разряда от времени определялась путем интегрирования сигнала одного из индукционных датчиков.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА УСТАНОВКЕ МОДУЛЬ
В каждом импульсе регистрировался выход нейтронов У и зависимость разрядного тока / от времени. Определялся скачок тока А/, который соответствует так называемой "особенности" на осциллограмме разрядного тока (как это иллюстрирует рис. 1). За минимальное значение тока принималась его величина в момент генерации излучения. Емкость конденсаторной батареи установки МОДУЛЬ равнялась 36 мкФ, напряже-
КОРРЕЛЯЦИЯ ВЫХОДА НЕЙТРОНОВ ИЗ ПЛАЗМЕННОГО ФОКУСА
891
амплитуда, В
-10
—20
нейтроны
\л
•»VI Д
А-
ДI
гамма-излучение
время, 10 6 с
Рис. 1. Определение величины тока разряда 1тах и его скачка Л! (штрихпунктир) и сигнал сцинтилляцион-ного детектора (сплошная линия).
У, 10 9 нейтр./имп. 1.2
0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.27 0.30
ДI, МА
Рис. 2. Зависимость выхода нейтронов У от величины скачка тока Л! для 27 измерений (импульсов) при давлении газа 68 Па. Коэффициент корреляции 0.60.
ние, подаваемое на камеру, составляло 33 кВ, энергозапас установки был около 20 кДж.
Измерения проводились при давлении рабочего газа в камере 68, 136, 204 Па (0.5, 1.0, 1.5 мм рт. ст. соответственно). В качестве примера в табл. 1 приведены результаты обработки осциллограмм для давления 68 Па.
Заметим, что максимальная величина разрядного тока менялась незначительно — предельное отношение в серии импульсов не превышало 1.16 при средней величине разрядного тока ~0.65 МА. Характерная величина выхода нейтронов в экспериментах на установке МОДУЛЬ составляла (0.5—1.5) х 109 нейтронов в импульсе.
В табл. 1 приведены дата и номер импульса, максимальное значение разрядного тока !тах, величина его скачка А! и интегральный выход нейтронов У в импульсе (в относительных единицах, отн. ед.). В последнем столбце приведена абсолютная величина выхода ДД-нейтронов в импульсе.
Величина скачка тока разряда А! в момент образования нейтронов сопоставлялась с величиной выхода нейтронов в импульсе.
Анализ совокупности результатов измерений и обработки осциллограмм показывает, что связь между величиной выхода нейтронов и изменением А! разрядного тока в камере описывается линейной зависимостью (рис. 2, 3) для давления газа в камере 68 и 136 Па (0.5 и 1.0 мм рт. ст.). Для давления газа 204 Па (1.5 мм рт. ст.) такая зависимость в проведенной серии экспериментов не обнаружена (рис. 4).
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА УСТАНОВКЕ КАСКАД
Результаты измерений для давления рабочего газа в камере при начальном давлении дейтерия 952 Па (7 мм рт. ст.) приведены в табл. 2. Емкость конденсаторной батареи установки КАСКАД равнялась 164 мкФ, напряжение, подаваемое на камеру, составляло 40 кВ, энергозапас установки около 130 кДж.
Заметим, что максимальная величина разрядного тока менялась незначительно — предельное
У, 10—9 нейтр./имп.
1.2
0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.27 0.30
Д!, МА
Рис. 3. Зависимость выхода нейтронов У от величины скачка тока Л! для 28 измерений (импульсов) при давлении газа 136 Па. Коэффициент корреляции 0.33.
0
892 АБЛЕСИМОВ и др.
Таблица 1. Результаты измерения выхода нейтронов (давление газа 68 Па)
Дата № имп. ^ МА Д/, МА У, отн. ед. Выход нейтронов У х 109, частиц в импульсе
30.06.2009 1 0.493 0.147 1264 0.38
2 0.570 0.180 2365 0.71
3 0.559 0.219 2974 0.89
4 0.556 0.257 3886 1.17
5 0.591 0.257 3054 0.92
6 0.475 0.120 1606 0.48
7 0.551 0.208 2251 0.68
8 0.553 0.225 3700 1.11
9 0.524 0.193 2200 0.66
10 0.531 0.203 2921 0.88
01.07.2009 12 0.509 0.195 1295 0.39
13 0.560 0.154 2327 0.7
14 0.556 0.178 3150 0.94
15 0.565 0.276 2672 0.8
17 0.524 0.240 2400 0.72
18 0.547 0.176 2642 0.79
19 0.538 0.254 3442 1.03
20 0.525 0.200 2508 0.75
21 0.539 0.261 2923 0.88
22 0.527 0.174 2606 0.78
23 0.571 0.193 2688 0.81
24 0.507 0.127 1690 0.51
25 0.537 0.185 2442 0.73
26 0.541 0.301 3092 0.93
27 0.543 0.231 2216 0.66
28 0.523 0.218 2518 0.76
29 0.552 0.234 2337 0.7
Таблица 2. Результаты измерения выхода нейтронов (давление газа 952 Па)
Дата № осциллограммы № имп. Д/, МА /пах, МА Выход нейтронов У х 1010
30-31.03 2 39 0.206 1.05 4.9
3 40 0.20 1.09 4.6
4 41 0.16 1.08 2.8
5 42 0.15 1.10 4.8
28.05 1 6 0.16 1.09 4.2
2 7 0.10 1.06 0.89
3 8 0.16 1.06 4.1
1.06 0 9 0.26 1.12 5.7
1 10 0.18 1.11 3.2
2 11 0.17 1.12 5.2
3 12 0.165 1.13 4.1
КОРРЕЛЯЦИЯ ВЫХОДА НЕЙТРОНОВ ИЗ ПЛАЗМЕННОГО ФОКУСА
893
Y, 10 2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-9
нейтр./имп.
Y, 10 10 нейтр./имп.
0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.27 0.30
А I, МА
0.10
0.15
0.20
0.25 АI, МА
Рис. 4. Зависимость выхода нейтронов У от величины скачка тока Л! для 30 измерений (импульсов) при давлении газа 204 Па.
Рис. 5. Зависимость выхода нейтронов У от величины скачка тока Л! для 11 импульсов при давлении газа 952 Па. Коэффициент корреляции 0.76.
отношение в серии импульсов не превышало 1.08 при средней величине разрядного тока ~1 МА.
Характерная величина выхода нейтронов в экспериментах на установке КАСКАД составляла (3—5) х 1010 нейтронов в импульсе.
В табл. 2 приведены дата и номер импульса, величина скачка разрядного тока А! и максимальное его значение !тах, и интегральный выход нейтронов У в импульсе.
Величина скачка тока разряда А! в момент образования нейтронов сопоставлялась с величиной выхода нейтронов У в импульсе. Анализ совокупности результатов измерений и обработки осциллограмм (табл. 2) показывает, что связь между величиной выхода нейтронов и изменением А! разрядного тока в камере описывается линейной зависимостью (рис. 5).
ВЫВОДЫ
В экспериментах с плазмофокусной камерой "мейзеровского" типа на установках МОДУЛЬ и КАСКАД с начальным энергозапасом 20 и 130 кДж соответственно характерный выход нейтронов составил (0.5—1.5) х 109 и (3—5) х 1010 нейтронов в импульсе.
Для исследованной плазмофокусной камеры обнаружена линейная связь выхода нейтронов с величиной скачка разрядного тока А! в момент генерации нейтронов.
Поскольку режим работы камеры был близок к оптимальному для широкого класса подобных устройств, а также учитывая результаты работы [1], можно считать, что отмеченная связь характерна для разрядных камер "мейзеровского" типа.
Для рассмотренной камеры отмечено также влияние величины начального давления дейтерия в разрядной камере на полученную связь.
Полученные результаты дают ценный материал для дальнейшего развития представлений о физических процессах, протекающих в интересующем нас плазменном устройстве, и могут явиться предметом дальнейших экспериментальных и расчетных исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аблесимов В.Е., Долин Ю.Н., Пашко О.В., Цибиков З.С. // Физика плазмы. 2010. Т. 36. № 5. С. 396.
2. Mather J.W., Bottoms P.J. // Phys. Fluids. 1968. V. 11. № 3. P. 611.
3. Дудин В.И., Забиралов А.А., Курин С.А., Морозов И.В. // Проблемы физики высоких плотностей энергии. XII Харитоновские научные чтения. Докл. Саров, 2010. С. 505.
4. Bazanov A.A., Pozdov N.I. // Proc. VIII Int. Conf. on Megagau
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.