反冲质子磁分析技术用于氘氚中子能谱测量研究

周林; 蒋世伦; 祁建敏; 王立宗

doi:10.7498/aps.61.072902

摘要

介绍了一种基于反冲质子法和磁分析技术的氘氚聚变诊断方法, 适用于稳态及脉冲条件下的等离子体温度、燃料密度和中子产额的精确诊断. 设计了小型的原理性装置, 磁分析器使用高性能钕铁硼二极永磁铁, 焦平面上使用CR-39固体径迹探测器或PIN探测器测量质子位置分布. 使用239Pu 源对磁分析器进行了实验标定, 建立了配套的模拟程序. 利用蒙特卡罗方法模拟分析了装置整体性能, 并在K-400加速器上进行了中子实验研究.

关键词:

Abstract

A kind of fusion dianostics based on proton recoil method and magnetic analyzing technology is introduced. It can be used for the accurate diagnoses of plama tempreture, fuel density and neutron yield. A prototype is designed, using a high-powered Nd-Fe-B permanent dipole for magnetic analyzer, and proton position distribution in the focal plane is measured by CR-39 trajectory detector or PIN detector. The system is calibrated with a 239 Pu source, and a corresponding particle transport simulation program is worked out. The performance of the spectrometer is investigated with the Monte Carlo simulation, and neutron experiments are taken on the K-400 accelerator.

Keywords:

作者及机构信息

1.
核物理与化学研究所, 绵阳 621900

基金项目: 中国工程物理研究院科学技术发展基金(批准号：2008B0103003)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Institute of Nuclear Physics and Chemistry, Mianyang 621900, China

Funds: Project supported by the Science Technology Development Fund of China Academy of Engineering Physics (Grant No. 2008B0103003).

参考文献

[1]	Jarvis O N 2002 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 476 474
[2]	Pillon M, Angelone M, Lattanzi D,Marinelli M, Milani E, Tucciarone A, Verona-Rinati G, Popovichev S, Montereali R M, Cincenti M A, Murari A 2007 Fusion Engineering & Design 82 1174
[3]	Ericsson G, Ballabio L 2001 Rev. Sci. InstrumIns. 72 759
[4]	Källne J, Ballabio L, Conroy S, Ericsson G, Frenje J, Gorini G, Prandoni P, Tardocchi M, Traneus E 1999 Rev. Sci. Instrum. 70 1181
[5]	Glebov V Yu, Meyerhofer D D, Sangster T C, Stoeckl C, Roberts S, Barrera C A, Celeste J R, Barrera C A, Caldwell S E, Grim G P, Casey D, Frenje J A, Bourgade J L, Disdier L, Chandler G A, Cooper G W, Padalino S P, Horsfield C, Davis B A 2006 Rev. Sci. Instrum. 77 10E715
[6]	Sjöstrand H, Giacomelli L, Andersson Sundén E, Conroy S, Ericsson G, Gatu Johnson M, Hellesen C, Hjalmarsson A, Källne J, Ronchi E,Weiszflog M,Wikström G, Gorini G, Tardocchi M,Murari A, Kaveney G, Popovichev S, Sousa J, Pereira C, Combo A, Cruz N 2006 Rev. Sci. Instrum. 77 10E717
[7]	Hawkes N P, Belle P V, Bond D S, Croft S, Jarvis O N 1999 Rev. Sci. Instrum. 70 1134
[8]	Källne J, Ballabio L, Frenje J, Conroy S, Ericsson G, Tardocchi M, Traneus E 2000 Phys. Rev. Lett. 2000 85 1246
[9]	Zhou L, Jiang S L, Qi J M 2010 Nucl. Phys. Rev. 27 455 (in Chinese) [周林, 蒋世伦, 祁建敏 2010 原子核物理评论 27 455]
[10]	Zhou L, Jiang S L, Qi J M 2010 Nucl. tech. 33 683 (in Chinese) [周林, 蒋世伦, 祁建敏 2010 核技术 33 683]
[11]	Yang H Q, Zhu X B, Yang G Z, Li L B, Song X C 2004 Acta Phys. Sin. 53 3231 (in Chinese) [杨洪琼, 朱学彬, 杨高照, 李林波, 宋献才 2004 53 3231
[12]	Yang H Q, Zhu X B, Peng T P, Tang Z Y, Yang G Z, Li L B, Song X C, Hu M C 2004 High Energy Phys. Nucl. Phys. 28 744 (in Chinese) [杨洪琼, 朱学彬, 彭太平, 唐正元, 杨高照, 李林波, 宋献才, 胡孟春 2004 高能物理与核物理 28 744]
[13]	Zhu C X, Zheng P 2010 Nuclear Electronica & Detection Technology 30 898 (in Chinese) [朱传新, 郑普 2010 核电子学与探测技术30 898]

施引文献

[1]	Jarvis O N 2002 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 476 474
[2]	Pillon M, Angelone M, Lattanzi D,Marinelli M, Milani E, Tucciarone A, Verona-Rinati G, Popovichev S, Montereali R M, Cincenti M A, Murari A 2007 Fusion Engineering & Design 82 1174
[3]	Ericsson G, Ballabio L 2001 Rev. Sci. InstrumIns. 72 759
[4]	Källne J, Ballabio L, Conroy S, Ericsson G, Frenje J, Gorini G, Prandoni P, Tardocchi M, Traneus E 1999 Rev. Sci. Instrum. 70 1181
[5]	Glebov V Yu, Meyerhofer D D, Sangster T C, Stoeckl C, Roberts S, Barrera C A, Celeste J R, Barrera C A, Caldwell S E, Grim G P, Casey D, Frenje J A, Bourgade J L, Disdier L, Chandler G A, Cooper G W, Padalino S P, Horsfield C, Davis B A 2006 Rev. Sci. Instrum. 77 10E715
[6]	Sjöstrand H, Giacomelli L, Andersson Sundén E, Conroy S, Ericsson G, Gatu Johnson M, Hellesen C, Hjalmarsson A, Källne J, Ronchi E,Weiszflog M,Wikström G, Gorini G, Tardocchi M,Murari A, Kaveney G, Popovichev S, Sousa J, Pereira C, Combo A, Cruz N 2006 Rev. Sci. Instrum. 77 10E717
[7]	Hawkes N P, Belle P V, Bond D S, Croft S, Jarvis O N 1999 Rev. Sci. Instrum. 70 1134
[8]	Källne J, Ballabio L, Frenje J, Conroy S, Ericsson G, Tardocchi M, Traneus E 2000 Phys. Rev. Lett. 2000 85 1246
[9]	Zhou L, Jiang S L, Qi J M 2010 Nucl. Phys. Rev. 27 455 (in Chinese) [周林, 蒋世伦, 祁建敏 2010 原子核物理评论 27 455]
[10]	Zhou L, Jiang S L, Qi J M 2010 Nucl. tech. 33 683 (in Chinese) [周林, 蒋世伦, 祁建敏 2010 核技术 33 683]
[11]	Yang H Q, Zhu X B, Yang G Z, Li L B, Song X C 2004 Acta Phys. Sin. 53 3231 (in Chinese) [杨洪琼, 朱学彬, 杨高照, 李林波, 宋献才 2004 53 3231
[12]	Yang H Q, Zhu X B, Peng T P, Tang Z Y, Yang G Z, Li L B, Song X C, Hu M C 2004 High Energy Phys. Nucl. Phys. 28 744 (in Chinese) [杨洪琼, 朱学彬, 彭太平, 唐正元, 杨高照, 李林波, 宋献才, 胡孟春 2004 高能物理与核物理 28 744]
[13]	Zhu C X, Zheng P 2010 Nuclear Electronica & Detection Technology 30 898 (in Chinese) [朱传新, 郑普 2010 核电子学与探测技术30 898]

[1]	李阳, 张艳红, 盛亮, 张美, 姚志明, 段宝军, 赵吉祯, 郭泉, 严维鹏, 李国光, 胡佳琦, 李豪卿, 李郎郎. 不同厚度ST401中子能谱响应测量与分析. , 2024, 73(23): 232401. doi: 10.7498/aps.73.20241198
[2]	沈刚, 衷斌, 吴勇, 王建国. 非均匀混合下氘氚聚变反应速率的理论研究. , 2023, 72(1): 015201. doi: 10.7498/aps.72.20221197
[3]	张艳文, 郭刚, 肖舒颜, 殷倩, 杨新宇. 中能质子注量率测量. , 2022, 71(1): 012902. doi: 10.7498/aps.71.20211561
[4]	张伟光, 张凯奋, 夏立东, 黄鑫, 周晓松, 彭述明, 施立群. 氘氚冰籽晶的形核行为. , 2022, 71(2): 025203. doi: 10.7498/aps.71.20211018
[5]	张双, 贺三军, 廖峰, 罗万, 周芷千, 高波, 刘丽艳, 赵修良. 基于Boosted-Gold算法的γ能谱反演分析. , 2022, 71(10): 102901. doi: 10.7498/aps.71.20212429
[6]	陈忠, 赵子甲, 吕中良, 李俊汉, 潘冬梅. 基于蒙特卡罗-离散纵标方法的氘氚激光等离子体聚变反应率数值模拟. , 2019, 68(21): 215201. doi: 10.7498/aps.68.20190440
[7]	张凯, 仲佳勇, 裴晓星, 李玉同, 阪和洋一, 魏会冈, 袁大伟, 李芳, 韩波, 王琛, 贺昊, 尹传磊, 廖国前, 方远, 杨骕, 远晓辉, 梁贵云, 王菲鹿, 朱健强, 丁永坤, 张杰, 赵刚. 激光驱动磁重联过程中的喷流演化和电子能谱测量. , 2015, 64(16): 165201. doi: 10.7498/aps.64.165201
[8]	曾骏哲, 李豫东, 文林, 何承发, 郭旗, 汪波, 玛丽娅, 魏莹, 王海娇, 武大猷, 王帆, 周航. 质子与中子辐照对电荷耦合器件暗信号参数的影响及其效应分析. , 2015, 64(19): 194208. doi: 10.7498/aps.64.194208
[9]	赵英奎, 欧阳碧耀, 文武, 王敏. 惯性约束聚变中氘氚燃料整体点火与燃烧条件研究. , 2015, 64(4): 045205. doi: 10.7498/aps.64.045205
[10]	王刚, 于前锋, 王文, 宋钢, 吴宜灿. 氘氚聚变中子发生器旋转氚靶传热特性研究. , 2015, 64(10): 102901. doi: 10.7498/aps.64.102901
[11]	祁建敏, 周林, 蒋世伦, 张建华. 聚变中子能谱测量系统脉冲中子灵敏度的实验研究. , 2013, 62(24): 245203. doi: 10.7498/aps.62.245203
[12]	钟国强, 胡立群, 朱玉宝, 林士耀, 陈珏铨, 许平, 段艳敏, 卢洪伟. HT-7上氘等离子体放电时中子注量的测量与分析. , 2009, 58(5): 3262-3267. doi: 10.7498/aps.58.3262
[13]	张翼, 李玉同, 张杰, 陈正林, R. Kodama. 超强激光与等离子体相互作用产生中子的计算. , 2005, 54(10): 4799-4802. doi: 10.7498/aps.54.4799
[14]	王斌, 郭永, 胡辉, 顾秉林. 自旋对磁量子反点能谱和磁电导的影响. , 2000, 49(6): 1153-1158. doi: 10.7498/aps.49.1153
[15]	郭元恒, 陈岚峰. 超导Nb-Ge溅射膜的俄歇电子能谱及电子能谱化学分析. , 1988, 37(7): 1196-1102. doi: 10.7498/aps.37.1196
[16]	刘家瑞, 朱沛然, 封爱国, 李大万. F离子弹性反冲法分析固体中H的深度分布. , 1988, 37(1): 71-76. doi: 10.7498/aps.37.71
[17]	曾祥欣, 周蕙明, 张百生, 金兰, 杨继廉, 杨应昌, 何文望, 林勤, 罗胜, 裴谐弟. Y(Mn1-xCox)12磁结构的中子衍射分析. , 1984, 33(6): 850-853. doi: 10.7498/aps.33.850
[18]	杨金刚, 李卫江, 郭清江, 朱光华, 姜承烈. 带有磁分析器的半导体探测器带电粒子谱仪. , 1974, 23(1): 52-62. doi: 10.7498/aps.23.52
[19]	肖振喜, 叶宗垣, 张应, 黄胜年. U²³⁵及Pu²³⁹裂变中子能谱的测量. , 1962, 18(9): 467-470. doi: 10.7498/aps.18.467
[20]	周光召. 中子和质子的质量差. , 1959, 15(5): 269-276. doi: 10.7498/aps.15.269

计量

文章访问数: 7891
PDF下载量: 696
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板