EAST水平硬X射線診斷單元分析

1、EAST水平硬X射線診斷單元分析 HXHTA的簡要工作流程是：主等離子體特定水平位置的X射線特征能量在半導(dǎo)體探頭里激發(fā)電子空穴對，在偏壓的作用下，形成相應(yīng)能量的輸出電流信號，經(jīng)過兩級放大變成窄脈沖電壓信號，信號高度（正比于X射線能量）被多道脈沖分析儀（MCA）轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，再輸入計算機(jī)開展相應(yīng)的物理分析。為了得到盡可能準(zhǔn)確的物理分析結(jié)果，X射線能譜篩選、探測器匹配以及裝置抗干擾設(shè)計就顯得尤為重要。本文介紹了HXHTA的設(shè)計及其實現(xiàn)、與EAST裝置聯(lián)機(jī)得到的實驗結(jié)果，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)驗證了本設(shè)計的正確性和可靠性。 2、基于CdTe探頭的HXR診斷 EAST裝置等離子體放電是在縱向磁場和極向磁場與

2、等離子體自身產(chǎn)生的極向磁場復(fù)合作用形成螺旋變化的復(fù)雜磁場位形中約束定向運動的電子和相應(yīng)反向運動的離子形成的電流，如圖1所示。 圖1 托卡馬克裝置等離子體磁場位形 根據(jù)準(zhǔn)線性理論計算的低雜波電流驅(qū)動的驅(qū)動效率cd與低雜波被等離子體吸收時的平行折射率平方N2成反,所以低雜波主要朝大環(huán)的一個切線方向發(fā)射，從而在電子速度分布的高能尾部形成速度平臺，使得cd最大。如果需要準(zhǔn)確地測量快電子分布函數(shù)以及角向動量分布，則需要切向多角度的快電子韌致輻射（FEB）診斷。雖然測量到的切向HXR是單個切線方向上的第二類曲線積分，但是由于快電子韌致輻射具有角向不均勻性，而且由于相對論效應(yīng)其輻射主要集中在低雜波入射方向，

3、可以近似認(rèn)為是切線所在弧對應(yīng)的FEB。等離子體放電的大環(huán)主要區(qū)域是在半徑130cm 到235cm 之間。HXHTA的正向和反向探頭都為16個，把等離子體區(qū)域劃分為16個同心圓環(huán)，空間分辨率為7cm。因為窗口水平尺寸有限，各方向的探頭按奇偶數(shù)分置兩層，層距3 cm，而等離子體小截面高度接近3m，經(jīng)過計算大環(huán)半徑誤差小于0.1cm，誤差對空間分辨率影響可以忽略，如圖2所示。 （射線分別表示探測器所在等離子體層中單個切向發(fā)射出的HXR 向量和，其值為第二類曲線積分） 圖2 C窗口HXHTA示意圖 CdTe探頭體積小，對HXR具有較高的能量沉積率，能在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)多道測量，同時在無防護(hù)的情況下探頭抗中子干擾能力也比同類探測器強(qiáng)，即使在中子輻射很強(qiáng)的情況下，由LHCD產(chǎn)生的HXR能譜也能被很好地識別出來，因此CdTe探頭作為可靠的測量手段在很多托卡馬克裝置上得到應(yīng)用。我們使用的法國Eurorad公司制造的CdTe 能譜型探頭，尺寸為553mm,有效測量范圍在20200keV，且吸收率的線形較好，如圖3所示，圖中低能段是在探測狹縫口上加裝1mm厚的鋁膜用于截止低能射線。它對200keV的HXR 吸收率是31.6%；對57Co的122keV 的特征峰最好，分辨率可達(dá)3.8%，