电子逃逸效应对PIN探测器γ灵敏度的影响

通过数值模拟和实验研究了电子逃逸效应对PIN探测器γ灵敏度的影响及铝、聚乙烯等不同材料对电子逃逸效应的补偿作用。数值模拟研究主要利用MCNP程序对γ射线在PIN探测器灵敏层中的能量沉积进行数值计算,得到探测器输出的脉冲幅度谱和灵敏度计算结果;实验研究利用60Co源发射的能量为1.17和1.33MeV的γ射线对不同补偿条件下的γ灵敏度进行标定。结果表明,电子逃逸效应对灵敏度存在显著影响,在探测器前设置铝、聚乙烯等补偿材料可对电子逃逸效应进行适当补偿。

基于高能电子逃逸行为的纳秒脉冲放电特性分析

为研究ns脉冲激励下的气体放电现象,近年来基于高能电子逃逸引导放电发展的相关研究受到了广泛关注。利用上升沿15ns,半高宽30～40ns的重复频率ns脉冲激励极不均匀电场下大气压空气放电,将实验测量和理论计算相结合,研究了基于高能电子逃逸击穿的ns脉冲气体放电特性。实验结果表明高重复频率下仍可获得大面积均匀的弥散放电,放电中存在能量范围为10～130keV的X射线。理论计算结果表明施加120kV负极性脉冲条件下电场强度最高可达718kV/cm,高于大气压空气中产生逃逸电子的场强阈值,放电中X射线与逃逸电子有关。进一步对从理论上对ns脉冲气体放电特性进行探索,极不均匀电场下的场致发射为放电提供初始电子,其中能量较高的电子在气隙运动过程中发生逃逸,与气体分子碰撞产生二次电子,并辐射出X射线。逃逸电子与X射线共同作用,有利于获得大面积的弥散放电。

等离子体中充入工作气体抑制电子逃逸行为分析

利用NaI闪烁体探测器组成的伽马射线探测系统和BF3 正比计数管、3He正比计数管和ZnS闪烁体探测器组成的中子探测系统，研究了欧姆放电平稳阶段充入工作气体后对逃逸电子产生过程的影响。实验结果表明：在欧姆放电平稳阶段充入工作气体严重影响了逃逸电子行为，充入的工作气体能有效抑制逃逸电子的产生。

托卡马克等离子体中电子逃逸产生机制综述

托卡马克等离子体中与逃逸电子动力学相关的实验研究是热核聚变的重要研究课题之一.逃逸电子的初级和次级产生机制是逃逸电子产生的两个主要机制.根据国内外的一系列资料,介绍了热核聚变研究中不同放电条件下逃逸电子的产生过程以及实验证据,包括:欧姆放电中电子逃逸的雪崩过程,电子回旋共振加热期间逃逸电子产生的实验现象以及低杂波电流驱动与离子伯恩斯坦波协同加热下逃逸增强的实验研究.

托卡马克等离子体电子逃逸阈值实验研究

本文采用统计方法分析了HL-2A托卡马克装置上欧姆放电条件下的实验数据,根据硬X射线出现时刻的等离子体环电压、中心线平均等离子体电子密度等参数,计算出电子逃逸的实验阈值,并与初级产生机制下逃逸电子的理论阈值进行对比.实验数据表明逃逸电场阈值明显高于相对论碰撞理论预测,抑制电子逃逸现象的临界电子密度明显比理论预测的低.这与ITPA(International Tokamak Physics Activity)在D3D,TEXTOR,FTU,KSTAR等装置得出的实验结果吻合.针对逃逸现象出现时刻硬X射线增长率的实验研究发现初级产生机制下逃逸电子的增长率与电场强度大小成正比,与中心线平均等离子体电子密度成反比,此现象验证了通过减小环电压或提高等离子体密度的方法可以抑制电子逃逸现象.

基于高能逃逸电子机制的气体开关自击穿稳定性

为实现脉冲驱动源气体主开关的精确控制技术,研制了基于电晕稳定机理的气体触发开关,并对稳定电晕放电过程以及高能逃逸电子对击穿稳定性的影响进行分析,揭示了抑制高能逃逸电子产生有助于增加气体开关自击穿稳定性的机制。从气体介质和电场条件两个方面进行实验研究,对比该型气体开关的自击穿稳定性,实验结果表明:在气压0.06 MPa至0.56 MPa范围内,气体开关充15%SF_(6)/N_(2)混合气体,其自击穿离散度不超过6%,最低可达1.4%;当SF_(6)/N_(2)混合气体内的电负性气体占比小于30%时,气体开关的自击穿电压离散度保持在2%~4%范围内;在充电电压小于1800 V范围内,改变间隙内电场的时域变化速度,可降低自击穿电压的离散度,当电压上升速度为12.4 kV/μs时,自击穿电压为242 kV,离散度为0.2%;在0.3 MPa的15%SF_(6)/N_(2)混合气体内,降低触发极尖端的场不均匀系数,击穿稳定性未得到明显改善,但是在电场时域变化速度增加时,自击穿电压离散度依然可以保持在1%以下;利用沟槽型触发极代替楔形触发极,击穿电压离散度最低可达0.15%,且击穿电压稳定在248 kV附近。

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。

全超导托卡马克装置欧姆放电逃逸电子行为研究

电子发生逃逸在托卡马克等离子体中是较常见的现象,特别是在等离子体破裂阶段,会产生大量的逃逸电子。本工作利用硬X射线监测系统,并结合其它相关诊断系统研究世界上第1个运行的全超导托卡马克(EAST)装置在欧姆放电的不同阶段逃逸电子的行为。研究结果表明:在欧姆放电起始阶段,逃逸电子的初级产生过程占主导地位。随着放电的进行,逃逸电子的次级雪崩过程逐渐增长,在放电后期一直到等离子体破裂阶段,雪崩过程将占据主导地位。等离子体破裂后,因存在较高的环电压而产生了高能逃逸电子拖尾。

低杂波电流驱动下HT-7超导托卡马克逃逸电子行为

HT-7托卡马克的逃逸电子诊断系统由CdTe，BGO，Na三种探测器组成，可以用来观测逃逸电子撞击托卡马克第一壁材料产生的硬X射线轫致辐射，它的能量响应范围是0．3～1．5MeV。结合电子回旋辐射、中子等诊断手段，研究了HT-7超导托卡马克在低杂波电流驱动下的逃逸电子行为。实验结果显示：高功率低杂波的关断和低功率低杂波的投入都会增强逃逸电子的产生，但是如果低杂波可以将等离子体环电压降低到逃逸的阈值电场以下，低杂波的投入就可以抑制电子的逃逸。逃逸电子的产生还和低杂波功率有着密切的关系，可以通过控制低杂波的投入和关断的时刻以及改变低杂波功率来抑制逃逸电子的产生。

托卡马克等离子体电流爬升阶段逃逸电子行为

分析了电流爬升阶段等离子体密度和电流爬升率对逃逸电子行为的影响,研究了低杂波辅助电流驱动条件下的逃逸电子辐射行为。结果发现:电流爬升阶段等离子体密度的大小严重影响了电流爬升阶段甚至电流平顶阶段逃逸电子的行为,较低的等离子体密度将会导致放电过程中比较强的逃逸电子辐射;低能逃逸电子辐射随着电流爬升率的增大而增强;低杂波辅助电流爬升可以有效地节约装置的伏秒数;降低放电过程中的环电压,可有效抑制逃逸电子的产生。

HT-7托卡马克等离子体逃逸电子螺旋角散射研究

在托卡马克等离子体中,相同的等离子体电流条件下,若在较低的等离子体密度条件下发生反常多普勒共振,将会导致逃逸电子快螺旋角散射(FPAS)的发生;若在较高的等离子体密度条件下发生反常多普勒共振,则会导致逃逸电子正常螺旋角散射(NPAS)的发生。通过研究FPAS和NPAS条件下的逃逸电子行为,发现FPAS和NPAS均可一定程度增加逃逸电子的螺旋角,增加逃逸电子的同步辐射损失,减小逃逸电子的能量;且NPAS和FPAS对逃逸电子的影响主要集中在高能部分,对低能逃逸电子的影响较小。

提升等离子体初始密度抑制逃逸电子的实验研究

利用硬X射线诊断监测逃逸电子,研究了HT-7装置放电初始阶段不同等离子体初始密度对逃逸电子产生过程的影响。实验结果表明,提高等离子体初始密度能有效地抑制逃逸电子的产生。

HL-1M装置逃逸电子输运系数的研究

采用磁扰动实验和稳态实验等四种不同方法获得某些局域的逃逸扩散系数Dr 。利用等离子体快速移动实验 ,测量了孔栏上硬X射线通量的变化 ,获得了边缘扩散系数。利用软X射线强度和硬X射线通量信号的锯齿振荡峰值延迟时间得出了径向平均扩散系数。用微波辐射强度和硬X射线通量信号的锯齿振荡的峰值延迟时间 ,获得了径向位置某处到孔栏之间的平均扩散系数。用来自孔栏上的韧致辐射谱求出逃逸电子的平均能量 ,得到逃逸约束时间和径向平均扩散系数。

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。

提高等离子体密度抑制逃逸电子束不稳定性的实验研究

利用ECE电子回旋辐射和Ha线辐射等托卡马克物理诊断系统,研究了Slide-away放电过程中提高等离子体密度对非麦克斯维尔分布的逃逸电子所激发的逃逸电子束不稳定性影响作用.实验结果表明:在Slide-away放电模式下,提高等离子体密度能有效抑制逃逸电子束的不稳定性.

逃逸电子和不稳定性波反常多普勒共振实验研究

利用电子回旋辐射诊断系统并结合其他相关诊断研究了HL-2A托卡马克中逃逸电子与波间的反常多普勒共振作用.结果显示:欧姆放电下提高等离子密度能抑制逃逸电子束的不稳定性,但等离子密度的再次降低导致逃逸电子又会激发不稳定性波,并耦合不稳定性波发生二次反常多普勒共振作用.利用统计方法分析了HL-2A上不同放电阶段逃逸电子反常多普勒共振阈值(ωpe/ωce)区间大致都在0.17-0.54范围内.此共振机制导致逃逸电子在速度空间被波散射,平行能量转化到垂直能量,pitch角增加,同步辐射功率增强,逃逸电子能量限制在反常多普勒效应的阈值能量附近.基于反常多普勒共振的逃逸抑制能有效减轻逃逸电子对装置第一壁的损坏.

HT-7托卡马克等离子体密度调制实验中的逃逸电子行为

在HT-7托卡马克的等离子体密度调制实验中,通过对欧姆和低杂波电流驱动两种放电条件下等离子体逃逸电子辐射行为的研究,验证了非准稳态等离子体中逃逸电子的产生机制,研究了欧姆和低杂波电流驱动两种放电条件下的大量充气对等离子体整体约束性能的影响。研究结果发现:放电过程中额外的大量工作气体的充入使等离子体偏离了准稳态,逃逸电子初级产生机制和次级产生机制准稳态的假设条件被打破,这时候需要利用非准稳态条件下修正后的逃逸电子归一化阈值速度来解释逃逸电子的辐射行为;同时也发现放电过程中额外的大量工作气体的充入将使等离子体的整体约束性能变差。

HT-7托卡马克中逃逸电子和磁场波纹的共振作用

为抑制托卡马克等离子体中逃逸电子的能量,在2009年秋HT-7托卡马克物理实验中,分析了逃逸电子在不同放电条件下的能量演化信息,发现逃逸电子和磁场波纹的共振现象。尽管在等离子体的芯部,逃逸电子的能量可高达数十MeV,但在逃逸电子输运到边界的过程中,通过和磁场波纹不同阶的谐波共振,逃逸电子的能量被限制在一个范围内,而不会再继续增加。高环电压下,逃逸电子可和低阶谐波共振,最终可获得的能量较高;在低环电压下,逃逸电子和高阶谐波共振,最终可获得的能量较低。通过这个机制的作用,逃逸电子的能量被限制在一个很低水平,这将大大减轻装置第一壁的负荷,减小逃逸电子对装置的负面影响。

TEXTOR-94与HT-7上欧姆放电下逃逸电子行为对比分析

实验研究发现HT-7托卡马克在放电起始阶段采用初始密度爬升不仅抑制了逃逸电子的初级产生过程,同时也抑制了逃逸电子的次级产生过程。而TEXTOR-94托卡马克在类似实验中观察到了比较强的次级逃逸过程。对该现象进行了对比分析。

提高HT-7放电平顶阶段等离子体密度对逃逸电子的影响

利用硬X射线探测系统监测HT-7托卡马克装置中逃逸电子轰击到装置第一壁材料时所产生的高能硬X射线,研究了在放电平顶阶段提高等离子体密度对逃逸电子行为的影响。实验结果表明,通过提高放电平顶阶段等离子体密度,HXR强度迅速降到很低的水平,这意味着能有效减少这个阶段形成的逃逸电子的数目及能量。