Способ диагностики @ -частиц высокотемпературной дейтерий- тритиевой плазмы

 

Изобретение относится к области управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано при изучении процесса нагрева дейтерий-тритиевой (Д-Т) плазмы об-частицами на установках типа токамак с термоядерными параметрамио Целью изобретения является повьшение информативности за счет увеличения точности определения энергетического распределения oL-частиц и установления распределения направленш : их движения в плазме о Способ состоит в том, что Д-Т плазму вводят комбинированную примесь изотопов Li, Li,, N, После чего регистрируют энергетический спектр У-лучей, образующихся в результате реакций резонансного радиационного захвата об-частиц примесными ядрами, и определяют интенсивность , дисперсию и параметр асимметрии допплеровски уширенных V -линий энергетического спектра,, соответствующих распаду ядерных состояний,возбуждае№1х oi -частицами резонансных энергий Способ повьппает информативность диагностики за счет увеличения точности определения энергетического распределения -частиц и установления распределения направлений их движения в плазмео Кроме того, появляется возможность получения экспрессной информации о функции распределения oi,-чacтиц по скоростям 4 ил с с 4 iJEih

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

С01.1ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

С 21 В 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 40904?2/31-25 (22) 30.07.86 (46) 23.06.89. Бюл. Р 23 (71) Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе (72) В.Г.Киптилый (53) 533.9 (088.8) (56) D.Е. Post at al "Techniques for

measuring the alpha — particle dis tribution in magnetically confined.

plasmas" — PPPL 1592, Princeton Universitv 1979

S.S,Medley at al "Fusion gamma

diagnostics" — Rev. Sci inst., 1985, vol. 56 (5-TI), 975-977. (54) СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ oL -ЧАСТИЦ

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕЙТЕРИЙ-ТРИТИЕ-

ВОЙ ПЛАЗМЫ (57) Изобретение относится к области управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано при изучении процесса нагрева дейтерий-тритиевой (Д-Т) плазмы ьь -частицами на установках типа токамак с термоядерными параметрами. Целью изобретения является повьппение информативности

Изобретение относится к области управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано при изучении нагрева дейтерий-тритиевой (Д-Т) плазмы ь6 -частицами на установках типа токамак с термоядерными параметрами.

Целью настоящего изобретения является повьппение информативности за счет увеличения точности определения

„„SU„„1414189 А 1 за счет увеличения точности определения энергетического распределения ь1;частиц и установления распределения направлений их движения в плазме.

Способ состоит в том, что Д-Т плазму вводят комбинированную примесь изотопов Li 1 1," N, N. После че7 ° «4

ro регистрируют энергетический спектр 1 †луч, образующихся в результате реакций резонансного радиационного захвата 0С -частиц примесными ядрами, и определяют интенсивность, дисперсию и параметр асимметрии допплеровски уширенных -линий энергетического спектра,, соответствующих распаду ядерных состояний,возбуждаемых gl, -— частицами резонансньгх энергий. Способ повьппает информативность диагностики за счет увеличения точности определения энергетического распределения -частиц и установления распределения направлений их движения в плазме. Кроме того, появляется возможность получения экспрессной информации о функции распределения

0ь-частиц по скоростям. 4 ил. энергетического распределения ь . час тиц и установления распределения направлений их движения в плазме.

На фиг.l представлена схема распада резонансных уровней ядра " B c энергиями 8,920, 9,185 и 9,274 ИэВ, которые возбуждаются в реакции L(;g) S -частицами с энергиями

0,401", 0,814 и 0,953 МэВ соответственно. На схеме указаны эксперимен)4)4189 тальные значения коэффициентов ветвления

На фиг,2 представлены функция распределения oL -частиц по энергии в Д-Т плазме: классическое распределение — кривая 1, получаемое из уравнения Фоккера-Планка t. (К ), и неклассическое, модельное распределение Г „„(Е, ) — кривая 2; масштаб по !0 ординате произвольной.

На фиг, 3 представлен сравни. тельный выход 1 -лучей, соответствующий распаду резонансов с энергия ми Е, равными 0,401 МэВ (Li), !5

0,500 ИэВ (6Li), 0,814 МэВ (Li), 0,953 ИэВ (Li), 2,348 МэВ (+ И) и

3,183 МэВ (N): случай, когда функция распределения oC — частиц по энергии имеет вид Г„(Г, ) — кривая 3, в 20 случае, когда эта функция имеет вид

1„(Z<) — кривая 4, На фиг. 4 представлен пример фрагмента энергетического спектра 1 -лучей (в случае идеального детектора)

S включающий пик, соответствующий распаду резонанса, где дисперсия (0) 5, отражающая ширину распределения направлений движения Ы -частиц в плазме, смещение 6 центра тяжести -линии Ь Е максимально возможный э сдвиг 7 по энергии р, Е» д макс

Пример применения сйособа.

В Д-Т плазму с концентрацией ионов равной 1 О см (дейтерий и тритий в равных количествах) вводят комбинированную примесь изотопов

Li, Li, N, N. Концентрация ато(4 мов примеси для каждого изотопа составляет )Х от концентрации, ионов 40

-3 плазмы, т.е. 10 см . В таблице приведены резонансные энергии Ы -частиц, энергии возбуждения резонансных уровней ко -;ечных ядер и значения силы резонансов, соответствующие реакциям 45 резонан ного радиационного захвата

g-частиц упоминается выше ядрами. В случае равномерного энергетического распределения еС,-частиц в плазме величина Т(Е,) Гудет равна

10 см эВ, тогда скорость реакций резонансного радиационного захвата равна значениям Н» приведенным в последнем столбце таблицы.

Для регистрации энергетического 55 спектра -лучей используется HP-детектор (объем около 200 см ) с эф3 фективностью регистрации 1) -лучей энергии 5.0 мЗв. равной 0,15, Знергетическое разрешение спектрометра составляет 10 кэВ, что позволяет анализировать сложные f -спектры. Сложность спектров заключается в том,что в результате реакций резонансного радиационного захвата Ы -частиц возбуждаются дискретные состояния конечных ядер, которые затем распадаются с испусканием большого числа моноэнергетических / -лучей. При этом -лучам с Е Голыше 1 МэВ в спектре еще появятся пики одиночного и двой.ного вылета. На фиг. 1 в качестве примера представлена схема распада резонансных уровней ядра В, кото-, рые возбуждаются К -частицами.

Детектор с телесным углом регистрации, составляющим 4-)0 к просмат-4 1 ривает плазму объемом 10 см . Ослаб3 ление потока -лучей с энергией больше 4 МэВ составляет 0,1. В этом случае интенсивность 1, -лучей с энергией 4,829 МэВ, разряжающих резонансный уровень 9,274 МэВ ядра " В, возбуждающих при захвате К -частиц плазмы ядрами Ы, будет равна 330 с см. таблицу и фиг.1. Такой интенсивности регистрации достаточно для определения концентрации Ы.-частиц с резонансной энергией 0,953 МэВ, Покажем чувствительность предлагаемого способа на примере конкретных энергетических распределений

Qj частиц возможных в высокотемпературной Д-Т плазме„ На фиг, 2 представлены два таких распределения— классическое, отражающее двухчастичное некогерентное взаимодействие oL частиц, с плазмой и пеклассическое, которое возникает в случае коллективного взаимодействия, а на фиг.3 показано как будут отличаться полные выходы 1 -лучей некоторых резонан-. сов в случае этих двух распределений с{. -частиц, Высокое разрешение спектрометра дает возможность с достаточной точностью анализировать дисперсию и параметр асимметрии допплеровски уширенных 25 -линий. На фиг. 4 прецставлен в качестве примера пик из энергетического спектра, форма которого отражает возможное распределение направлений движения сС -частиц определенной резонансной энергии в плазме.

Для реакций, указанных в таблице,величина скорости конечных ядер лежит в пределах 0,5-1,57. от скорости све1414) 89!

Ех э кэв

Rg см с

РезонансСила резонанса, Я ) эВ

)5 ная энергия оС -частиц F,êýÂ

6 i(<, )" в

500 . 4761

1175 5166

2435 5922

2605 6024

0,047 13

0,40 70

0,24 30

0,34 40 (ы,р)" в

30 N(g У1 "F

1527 5603

)529 5605

) 618 5674

2348 6242

2532 6385

2870 6648

0,48 50

0,87 80

0,47 40

3,5 280

0 53 40

0,9 65

" N(, ) F

5337

6088

6526

6785

1678

1839

1883

2608

2631

2722

3183

3511

1,64

2,5

4,2

2,7

4,5

2,4

2,4

10,9

670

50. та. В случае резонанса с энергией

0,953 МэВ, который имеет место в реакции ) Li(oL )3 ) B эта величина составляет 0,87., а максимально возможный сдвиг энергии -лучей с энергией 4,829 МэВ будет равен 40 кэВ.

Если распределение направлений движения ансамбля oL -частиц с энергией 0,953 МэВ такого, что преимущественным является движение с 9 = 84 то сдвиг центра тяжести )1 -линии будет составлять 4 кэВ. Дисперсия

-линии в случае изотропного распределения скоростей 7 ансамбля of -частиц будет равна 80 кэВ, а в случае, когда функция распределения of, -частиц имеет вид II --функции дисперсия будет равна 1О кэВ, т.е. равна зна чению дисперсии аппаратурной формы линии спектрометра.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает лучшую точность определения энергетического распределения о4-частиц в плазме за счет измерения концентраций групп частиц, имеющих резонансные энергии и надежности выделения иэ фона моноэнергетических )1 -линии; установление преимущественного направления движения групп частиц; определение дисперсии распределения направлений их движения,что повьш|ает информативность диагностики

oL-частиц высокотемпературчой плазмы.

Дополнительным преимуществом способа является воэможность получения экспрессной информации о функции распределения -частиц по скоростям.

Формула изобретения

Способ диагностики of. -— частиц высокотемпературной дейтерий-тритиевой плазмы путем введения в нее примесных ядер легких элементов, последующей .регистрации энергетического спектра 1 -лучей, и определения по упомянутому спектру энергетического распределения ь6 -частиц, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения информативности эа счет увеличения точности определения энергетического распределения о(, -частиц и установления распределения направлений их движения в плазме, в качестве примесных ядер легких элементов вводят комбинированную примесь изото5 пов Li, 1 1;1, 14N, N, и определяют интенсивность, дисперсию и параметр асимметрии допплеровски уширенных 1 -линий энергетического спектра, )ð соответствующих распаду ядерных состояний, возбуждаемых -частицами резонансных энергий.

401 89 20 0 0088 2 5

814 9185 0 31 60

953 9274 1,72 3)0

Энергия возбуждения резонансного

55 УРОвнЯ °

2 4141й9

Е ИЭ

Составитель В,Чуянов

Техред МКодани

Корректор M,щарощи

Редактор Н.Коляда

Заказ 4724 Тираж 369 Подписное

3НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101