HT-7超導托卡馬克上的中子測量

ASIPP

HT-7超導托卡馬克上的中子測量

李曉玲，鐘國強2007-4-2ASIPP內容1、中子探測原理2、托卡馬克上的中子來源3、實驗測量系統(tǒng)4、實驗結果與初步分析5、實驗總結6、2007年春工作安排ASIPP中子探測原理中子不帶電荷，因此它不能直接引起物質電離而被探測。探測中子必須借助其與原子核發(fā)生的相互作用而產(chǎn)生的次級帶電粒子來實現(xiàn)。中子測量包括能量和通量測量。中子能量測量方法：反沖核法；核反應法；中子衍射譜儀；飛行時間譜儀。中子通量測量方法：核反應法；核裂變法；活化法；伴隨粒子法。

ASIPP托卡馬克上的中子來源（一）托卡馬克放電時產(chǎn)生的中子主要有：氘氘反應產(chǎn)生2.45Mev的聚變中子，氘氚反應產(chǎn)生14.1Mev的聚變中子和電致分裂以及光核反應產(chǎn)生的光中子。放電期間主要的聚變反應：D+DN(2.45Mev)+3He+3.37MeVD+DT+P+4.32MeVD+TN(14.1Mev)+4He+17.59MeV目前HT-7一般情況下的放電，DD聚變反應產(chǎn)生的中子所占的份額還非常低，測量到的主要還是電致分離及光核反應產(chǎn)生的中子。ASIPP中子通量的計算（一）中子通量主要由離子溫度及其分布，離子密度及其分布，等離子體體積，以及探測器的位置所決定。托卡馬克上的中子來源（二）ASIPP當放電運行參數(shù)，，，a=0.27m，，時，由計算得到：A當取，時中子通量隨探測點到等離子體圓心的距離L的變化如圖：托卡馬克上的中子來源（三）ASIPP設想中子是從托卡馬克中心點放出，得到中子通量與L的關系是平方反比關系。比較兩者可以看出，在遠離裝置處如診斷控制室，如不考慮空間障礙物的影響，可利用平方反比率做遠場近似。而對于裝置內部及周邊的近場區(qū)，來自中子源分布的三維效應必須考慮。

托卡馬克上的中子來源（四）ASIPP測量系統(tǒng)的建立中子探測器中子測量系統(tǒng)電子學方框圖實驗測量系統(tǒng)（一）HT-7超導托卡馬克上的中子診斷系統(tǒng)包括多種中子探測器、相應的電子學和多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠測量和分析中子通量的時空分布。ASIPP探測器實驗安排為了測量中子通量的時空分布，探測器在HT-7裝置周圍的分布如圖1。為了盡量提高探測器的幾何效率，探測器盡可能的靠近裝置中心，而且大部分的測量點都在裝置的中平面。N1-N6分別代表從2001年到2005年多輪實驗先后布置的中子通量測量點。

實驗測量系統(tǒng)（二）ASIPP圖2BF3正比計數(shù)管和3He正比計數(shù)管的中子通量信號NeutronFluxbyBF3BasedSystemNeutronFluxby3HeBasedSystem實驗結果與初步分析（一）3He管與BF3管探測效率對比計數(shù)（個）計數(shù)（個）ASIPP真空室窗口和變壓器鐵芯對

中子通量分布的影響（一）圖4真空室窗口外側（N8）和真空室外側(N9)的中子通量對比（炮號60794）（中子探測器放置在中平面位置）真空室窗口外側的中子通量比沒有窗口處強，這是由于窗口處材料對中子的屏蔽相對較弱的原因，這與簡單的中子屏蔽估算結果一致。

實驗結果與初步分析（二）

真空室壁對中子通量分布的影響ASIPP圖5變壓器鐵芯外側（N10）與真空室窗口外側（N11）的中子通量對比（炮號76303）變壓器鐵芯的存在大大降低了鐵芯兩側的中子通量，對中子起了很好的屏蔽作用。

變壓器鐵芯對中子通量分布的影響實驗結果與初步分析（三）ASIPP

光中子行為

超熱高能電子（也稱逃逸電子）通過電致分裂或者光核反應產(chǎn)生中子，例如，約束在等離子體中的高能電子可與氘或者雜質發(fā)生如下的核反應：

D(e,e’n)H;閾能≈2.2MeV97Mo(e,e’n)96Mo;閾能≈6.8MeV另一方面，當逃逸電子打到真空室內壁或者限制器等結構材料表面時，會產(chǎn)生硬X射線輻射，這些硬X射線與真空室內壁或者限制器相互作用時，通過下述反應產(chǎn)生中子：97Mo(

,n)96Mo;閾能≈6.8MeV實驗結果與初步分析（四）ASIPP從圖中可以看到，等離子體電流出現(xiàn)破裂時，中子通量信號大幅度上升，硬X射線信號（HXH4）的強度也有大幅度的上升。這兩者之間的相關性說明，在這種情況下，硬X射線與真空室內壁或者限制器相互作用引起的光致反應產(chǎn)生了大量的光中子。

等離子體破裂時候產(chǎn)生大量光中子圖2等離子體破裂產(chǎn)生光中子實驗結果與初步分析（五）ASIPP中子通量隨探測點位置改變而改變，中子通量的空間分布和具體的等離子體參數(shù)及其分布有關。在裝置中平面位置上，中子通量隨探測點與裝置中心的距離增加而降低。在垂直方向上，中子通量在中平面處最大，向上下兩側分別呈下降趨勢。真空室窗口外側的中子通量比沒有窗口處的中子通量強。

變壓器鐵芯兩側的中子通量比相同水平和垂直位置的中子通量要小約一個量級，可見變壓器鐵芯的存在起了屏蔽中子的作用。驗證了測量結果與三維數(shù)值計算的一致性。中子通量分布測量為中子輻射防護、裝置運行與物理實驗提供重要依據(jù)，并且為更深入的物理研究奠定了基礎。實驗總結ASIPP2007春試驗安排本輪HT-7放電實驗中子通量測量系統(tǒng)：Ⅰ、BF3→電荷靈敏前放→主脈沖放大器→脈沖幅度甄別器→計數(shù)卡（３路）Ⅱ、BF3→電壓靈敏前放→主脈沖放大器→脈沖幅度甄別器→計數(shù)卡（１路）Ⅲ、Ｈe3→集成脈沖放大器→脈沖幅度甄別器→計數(shù)卡（１路）Ⅱ類Ⅰ類＆Ⅲ類plasmaHT-7plasma聚四氟乙烯正比計數(shù)管Ⅰ類Ⅰ類Ⅰ類Ⅲ類ASIPP2007春試驗安排實驗條件:1、密度電子平均密