ITER中子通量监测器原型的研制

研制的用于国际热核实验堆(ITER)的中子通量监测器由裂变室探测器组合构成,包括两只不同灵敏度的阴极上涂有高纯裂变材料235U的裂变室探测器和一只未涂裂变材料的'空白'探测器。此组合用于中子、γ射线、硬X射线的混合辐射场条件下对中子的测量,可完全扣除后两种辐射对中子通量测量的影响,提高测量精确度。探测器的电压坪长、坪宽、坪斜、计数坪特曲线及宽度、输出脉冲宽度和探测系统计数率等主要参数经测试已达到设计要求,部分参数(如计数率)已接近ITER近期的技术水平。通过提高相关材料的纯度、优化裂变室结构和采用Campbelling模式及高精度的信号选择器,可研制出适用于ITERD D聚变条件下(低聚变中子产额)的快中子通量监测器。

硅漂移(SDD)阵列探测器X射线能谱测量诊断

采用最新的SDD探测器阵列测量HL-2A托卡马克等离子体软X射线(1～20keV)辐射的能谱,获得电子温度、Zeff、重金属杂质含量绝对值及其时、空分布。由于SDD探测器较之传统的Si(Li)探测器有体积小、计数率高(≥106/s),能量分辨和量子效率高,不需液氮冷却的特点,并采用高速ADC和海量缓存器,电子温度测量的时、空分辨能力接近汤姆逊散射和ECE等方法,而测量精确度、使用寿命、造价、抗干扰能力、适应性等方面优于后者,且信息获取量大,可获得多种等离子体参数而备受重视,是一种最先进的诊断手段。

HL-1M装置中超热电子的X射线辐射测量

用新研制的五通道碘化汞 ( Hg I2 )半导体探测器阵列分别观测了在欧姆加热、弹丸注入及离子回旋共振加热 ( ICRH)条件下 ,HL- 1M等离子体中的超热电子引起的能量在 10～ 15 0 ke V范围内的 X射线辐射强度的时空变化 ,及超热电子辐射的 X射线能谱。结果显示 ,在 ICRH期间 ,等离子体边缘的 X辐射增强 ,超热电子的温度大约为 30 ke V,ICRH的能量沉积在等离子体边缘。

三探头 Si(Li)探测器对 HL-1M 装置中电子温度和重金属杂质线辐射谱测量

本文叙述了用三探头Ｓｉ（Ｌｉ）漂移探测器测量ＨＬ－１Ｍ托卡马克芯部等离子体辐射的软Ｘ射线能谱，得到等离子体温度及重金属杂质水平随时间变化，其时间分辨达５０ｍｓ，探测系统的测量范围１．２５～２５ｋｅＶ之间。

碘化汞探测器及其对HL-1M装置中X射线辐射测量

本文叙述新研制的以高纯度碘化汞晶体为基片的低噪声、高探测效率、高计数率、较高能量分辨率，常温状态下运行的ＨｇＩ２半导体探测器的特点，以及特制的电荷灵敏前放和主放大器组成的探测系统对ＨＬ－１Ｍ托卡马克在欧姆加热、低杂波电流驱动、外加径向电场以及激光吹气掺杂等实验条件下，来自等离子体心部的硬Ｘ射线辐射进行测量，得到辐射强度和能谱随时间的变化等实验结果，并对实验结果作了初步的解释。

5×1024×10高速核辐射能谱获取系统研制

在磁约束聚变实验装置的物理实验中,为了测量高温等离子体辐射的某特定能量区域的X射线或其他核辐射能谱的时、空分布,需要在托卡马克的极向和环向方向布置多台X射线探测器,每次放电可同时获得数十个能谱,为了不牺牲能谱中的重要信息(如线辐射),以及能量分辨的需要,要求每个能谱有1024道,每个谱采集的时间分为:40、80、160、240ms,可自由设定,每道容量16位,每次放电可同时获得50个能谱,可扩展到80个能谱。

HL-1托卡马克中逃逸电子的最高能量和光致中子

本文描述我们在实验观察到每次放电结束之前或大破裂之后,强烈的高能X射线出现,同时伴随着较强的光致中子辐射。其时逃逸电子的最大能量,在考虑到回旋辐射损失及逃逸电子速度的径向分量引起的回旋半径变小等情况后经计算可达50-62MeV,光致中子的强度为2.5×10^(10)s^(-1),与JET在破裂条件下的经验定标关系大致相符。

低杂波电流驱动下硬X射线轫致辐射的测量与研究

用新研制的碘化汞（ＨｇＩ２）半导体探测器，测量来自等离子体芯部，其能量范围在１５—１５０ｋｅＶ之间的Ｘ射线轫致辐射。当用２００—３００ｋＷ、２．４５ＧＨｚ、９０ｏ相位角和Ｎ‖＝２．７的低杂波进行电流驱动时，硬Ｘ射线辐射强度在垂直于磁轴的方向上是减少的；但在磁轴切线方向上，孔栏的轫致辐射［用碘化钠（ＮａＩ）探测器测量］是增加的。Ｘ射线能谱测量表明，在低杂波电流驱动（ＬＨＣＤ）情形下，出现非麦克斯韦分布的高能尾部电子，其垂直能量最高可达１５０ｋｅＶ，尾部电子温度（垂直）在１５—３０ｋｅＶ之间。

产氚包层中聚变中子诊断系统的概念设计和计算

根据第一壁后聚变中子通量和能谱的空间分布和 ITER 可能输出的聚变功率、聚变中子产额、第一壁(产氚包层)之后的中子通量的蒙塔-卡罗中子输运(MCNP)计算,对氦冷却固体增殖剂中子学和产氚包层模块(NT-TBM-HCSB)的聚变中子诊断提出概念性设计,本设计提出用固定位置微型裂变室探测器和可移动封装薄箔活化分析系统测量中子倍增器之后、固体氚增殖剂中及其后的中子通量;用可移动天然金刚石探测器的紧凑型能谱仪测量中子能谱。

补充加料过程中逃逸电子的雪崩现象

在靶丸注入和超声分子束注入等补充加料期间 ,虽然等离子体密度骤然增加 ,但用五通道碘化汞探测器阵列及碘化钠探测器在此期间均测到很强的X射线辐射 ,且射线峰爆发时间与靶丸注入及超声分子束注入时间对应得相当好。用二次电子发射形成雪崩型逃逸电子理论解释了实验测量结果。

10～150keVX射线碘化汞探测器阵列研制

碘化汞半导体探测器阵列具有低噪声水平、高探测效率、高计数率、较高的能量分辨率、常温下运行的特点 ,用它研制成功的 5通道阵列因去掉体积庞大且费用昂贵的液氮冷却系统很适合观察HL- 1M托卡马克在各种放电条件下 ,超热电子和低能逃逸电子引起的其能量在 10～ 150 ke V范围内 X射线辐射强度的时空变化及超热电子辐射的 X射线能谱 。

HL-2A先进二维硬X射线成像CCD系统设计

为HL 2A装置设计了一种二维硬X射线成像CCD系统,用它能直接测量硬X射线辐射强度的二维时空分布I(x,y,t),并能得到电子速率分布fe(v,r,t)。为获得二级加热和无感电流驱动如ECH/ECCD,LHH/LHCD,ICRH/ICCD,NBIH/NBICD的效果、波可近性、共振层位置、能量沉积范围等方面的实验研究提供重要诊断手段;也可用于内破裂、大破裂、MHD,特别是q=2附近高模的MHD行为、热电子和超热电子的输运、被捕获的高能粒子图像以及与模式波(如m=1,n=1)共振引起的鱼骨模不稳定性、辅助加料引起和诱发逃逸电子雪崩现象的实验观察与研究。

HL-1M装置电子回旋加热过程中的超热电子测量

在HL 1M托卡马克上进行的电子回旋共振加热实验表明,在低等离子体密度加热过程中,产生大量的超热电子。由Si(Li)和碘化汞(HgI2)半导体探测器阵列测量到的软X射线和中能(15～150keV)X射线能谱,得到超热电子的温度在30～60keV范围内。中能X射线辐射强度测量结果证实,等离子体对电子回旋波的吸收是定域性的。在超热电子对MHD的相互作用中,主要的m n=2 1模没有增强或抑制现象。

ITER产氚试验包层模块中子诊断系统的初步设计

给出了氦冷却固体增殖剂中子学和产氚包层模块(NT-TBM-HCSB)聚变中子诊断的初步设计,提出了用固定或可移动位置微型裂变室探测器和可移动封装薄箔活化分析系统测量中子倍增器之后、固体氚增殖剂中及其后的中子通量;用可移动天然金刚石探测器的紧凑型能谱仪测量中子能谱。此诊断系统可用于中子倍增器的倍增效率,氚增殖层的增殖率与热核实验聚变堆的运行参数、加热和加料方式、磁流体不稳定性、能量约束以及大破裂等离子体参数和状态之间的工程和物理相关关系的实验研究,测量倍增层、氚增殖包层及其后进入屏蔽层的中子通量和能谱,并与MCNP计算相比较,优化和改进中子倍增器、氚增殖包层以及屏蔽层设计,提高氚增殖率。

HL-1M装置器壁硅化对电子速率分布的影响

在欧姆加热和低混杂波电流驱动（ＬＨＣＤ）条件下，利用碘化汞（ＨｇＩ２）半导体探测器和碘化钠（ＮａＩ）探测器测出了ＨＬ－１Ｍ装置的Ｘ射线能谱，研究了器壁硅化前后电子速率分布和电子温度变化的特点。

托卡马克中聚变中子的能谱测量

大、中型托卡马克在D-D和D-T运行条件下聚变中子能谱测量具有重要意义。论述了几种最新的聚变中子能谱仪,评估了各种聚变中子能谱仪的优势、适用的范围和技术方面的局限性,并对即将建成的HL-2A(中国环流器二号A)托卡马克的聚变中子的泄漏能谱测量以及研究聚中子在通过中子倍增剂过程中的能谱变化,在聚变中子能谱诊断方面提供了几种可供选择的技术方案。

HL－1M中的聚变中子产额

本文概算了在欧姆加热、波加热和中性束注入条件下，ＨＬ－１Ｍ托卡马克等离子体的聚变中子产额、中子通量，以及相关的电离率、电荷交换率及快离子的空间分布。计算结果为发展下一代聚变中子探测系统和进行中子辐射的环境评估提供了依据。

低杂波电流驱动中的雪崩逃逸增强及鱼骨不稳定性

等离子体中存在的一定数量的高能逃逸电子 (E≥ 1MeV)通过大角度库仑散射从等离子体中碰撞出二次电子 ,二次电子被低杂波有效地加速成为逃逸电子 ,这些逃逸电子又被正反馈回等离子体 ,形成雪崩现象。在此过程中 ,一部分获得较大横向动量的二次电子或由低杂波驱动的高能电子可能被香蕉轨道捕获 ,这些被捕获在磁岛中的电子与某种模式的磁场扰动共振时 。

外加径向电场诱发的类H模及其极向粘滞电流

由外加径向电场触发的类L-H模式的实验中,等离子体碰撞参数γ_(*i)可高于Shaing的理论所预计的临界值。本文试图将Shaing的分叉理论从没有外加径向电场推广至有外加径向电场的情形。引起极向旋转力矩的径向电流为本征的和外加的径向电流之和,它接近于等效粘滞电流。类H模既可由正的外加电场也可由负的外加电场所促成。

ITER中子通量监测器的中子学计算

对ITER中子通量监测器(NFM)建立了简化模型并进行了计算分析。利用MCNP程序模拟计算了具有不同慢化剂材料/类型的NFM的探测效率能量响应和时间响应,通过对结果的分析确定了不同NFM上所使用的慢化剂种类及其用量,同时给出了对ITER NFM的初步物理认识。