Способ определения температуры плазмы Советский патент 1987 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к области диагностики высокотемпературной плазмы, в частности к измерению электронной температуры плазмы спектроскопи

ческими методами, и может быть использовано также для определения плотности плазмы.

Целью изобретения является расширение пределов определения электрон- ю ной температуры плазмы (Тр- Ю - 10 К) без дополнительных предположений о спектре надтепловых электронов плазмы.

Способ осуществляется следующим

образом.

Позитроны, инжектируемые в плазму во взаимодействиях с электронами плазмы аннигилируют с образованием гамма-квантов, причем аннигиляция происходит как до, так и после тер- мализации позитронов. В результате аннигиляции надтепловых позитронов с энергией Е формируется непрерывный спектр гамма-квантов в интервал

энергий -г- с двумя ха-

рактерными максимумами, симметрично расположенными относительно точки

Е.(Е„+тс)/2, где m - масса покоя электрона, г;

с - скорость света, см/с. Полная ширина эмиссионной линии на половине ее интенсивности равна 4Ej,2Vln 2(mc -KTg)2 , (i) где Tg - электронная температура

плазмы,

а спектр излучения является голубо- смещенным (относительно тс ) с максимумом при ,.

Емй..с п1с2+ КТе.(2)

Из формул (1) и (2) следует соотношение для определения температуры электронов. Таким образом, измерение ширины аннигиляционной линии может дать непосредственную информацию о температуре электронов

4-1п2 тс К, с относительной точностью

(3)

f- lr- ----ТЬ -Р) (-1) , (4) ip Лс, V - LnZ Ел. тс-

где - относительная точность измерения энергии фотона в области энергии Е /-500 кэВ. При изменении темперагтуры электронов в широком диапазоне 10 - 10 К ширина аннигиляционной линии меняется в пределах

3-300 кэБ, доступных для измерения ширины линии Е,, существующими детекторами мягкого гамма-излучения.

Информацию о температуре плазмы дает также измерение энергии Е , соответствующей максимуму спектра аннигиляционного излучения Е -тс 2

т I /t

Т,4/3 -- Относительная точность определения этой температуры

АЕ.,„„, ) , j, j(T

(5)

lls. :Г Г Лг 12и--«.г

ГПТт,-™ 1 ЧТ „..9

5 Те 3

КТ

З Е

(6)

хуже, чем в случае определения температуры по ширине линии Е,„. Это следует из сравнения выражений (4) и (6), усчитывая, что в реальных усло- .виях КТ 5 г тс . Тем не менее сочетание двух независимых способов определения температуры Т- повьппает надежность получаемой информации, а достоверность значения Тj определяют

по совпадению значений Тр, рассчитанных по указанным двум формулам.

При изменении температуры -электронов в широком диапазоне 10 - 10 К ширина аннигиляционной линии меняется в пределах 3-300 кэВ. Современные полупроводниковые детекторы на основе Ge(Li) или чистого Ge в области энергии Е 500 кэВ обладают энергетическим разрешением 2-3 кэВ. Следовательно, с помощью этих детекторов можно изучать температуру плазмы путем регистрации аннигиляционного излучения начиная с Т pi 10 К, при этом точность определения Tg согласно формуле (4) составляет Тр/Те 0,06 (Tg/5 у 10 К) . Применение полупроводниковых детекторов при Т р 7,5 -10 К оценить температуру другим независимьм путем - по максимуму спектра аннигиляционного излучения. Хотя относи -- тельная точность измерения температуры этим способом хуже, тем не менее сопоставление двух независимых методов позволит повысить надежность получаемой информации о Т.

Формула изобретения

Способ определения температуры плазмы, включающий измерение спектра излучения плазмы и определение температуры плазмы по спектру излучения плазмы, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона

313581134

измеряемых температур без дополни-ЛЕ.,, возникающей при термализации и

тельных предположений о спектре над-аннигиляции позитронов с электронами

тепловых электронов и повьшения дос-плазмы, и энергию Е , соответствутоверности измерений, в плазму инжек-ющую максимуму в спектре аннигиляцитируют пучок позитронов, энергию онного излучения, а температуру элеккоторых выбирают из условиятронов плазмы Tg определяют по соотЕ, 8Апк:Чехр ((, Пр/5-10«)-1 J,ношениям где п - плотность электронов, см ;. Tp dEV ln2-К-тс и (Е„..,.

Vj - время удержания плазмы, с;-тс)/К,

m - масса покоя электрона;Wгде К - постоянная Больцмана,

с - скорость света, см/с;а достоверность значения Tg оценивают

А 73+ln(Ep/ngrac),по совпадению значений Tg, полученных

измеряют ширину аннйгиляционной линиииз этих соотношений.

Изобретение относится к области диагностики высокотемпературной плазмы. Целью изобретения является определение электронной температуры (Tg) плазмы в широком диапазоне Т. 10 - 10 К с помощью единого метода, свободного от модельно-гзависимых предположений о состоянии плазмы, в частности, от распределения надтепловых электронов в плазме. Метод основан на сильной зависимости формы спектра аннигиляционной линии от Tg .. Для генерации аннигиляционного излучения из источника в исследуемую среду инжектируют позитроны, энергию которьк выбирают таким образом, чтобы они успели термализоваться за время удержания плазмы. Спектр излучения измеряют с помощью детекторов. Температуру определяют как по ширине спектра, так и,по энергии, соответствующей максимуму спектра аннигиляционной линии, что повышает надежность получаемой информации. Слабая зависимость вероятности аннигиляции в интервале температур 10 - 10 К от энергии позитронов и электронов позволяет определить температуру тепловых электронов без дополнительных предположений о спектре надтеловых электронов. Достоверность значения Tg оценивают по совпадению значения Тр, полученных из разных условий. i (Л со СП 00