Способ диагностики @ -частиц высокотемпературной дейтерий-тритиевой плазмы Советский патент 1989 года по МПК G21B1/00 

00

о

Изобретение относится к области управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано при изучении процесса нагрева дейтерий-три- тиевой (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,воз- буждае№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

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

Целью настоящего изобретения является повьшение информативности за счет увеличения точности определения

энергетического распределения oi -час-, тиц и установления распределения направлений их движения в плазмео

На фйг.1 представлена схема распада резонансных уровней ядра В с энергиями 8,920, 9,185 и 9,274 МэВ, которые возбуждаются в реакции L(oi;jj ) uL -частицами с энергиями 0, 0,814 и 0,953 МэВ соответственно. На схеме указаны эксперимен

31414189

тальные значения коэффициентов ветвления с

Иа фиг. 2 представлетгы функция распределения oi -частиц по энергии с в Д-Т нлазме: классическое распредеение - кривая 1, получаемое из уравнения Фоккера-Планка f(R), и неклассическое, модельное распределение ЦК{Е) - кривая 2; масштаб по Ю ординате произвольной.

На фиг„ 3 представлен сравнительный выход V -лучей, соответст- вующш распаду резонансов с энергиями Е, равными 0,401 МэВ (Ы), 15 0,500 МэВ («Li), 0,814 МэВ ( И), 0,953 МэВ (Li), 2,348 МэВ ) и 3,183 МэВ (N): случай, когда функция распределения oi, -частиц по энергии имеет вид f); (о) кривая 3, в 20 случае, когда эта функция имеет вид fK(Ej) - кривая 4.

На фиг о 4 представлен пример фраг-- мента энергетического спектра у -лучей (л случае идеального детектора) 25 S, включающий пик, соответствующий распаду резонанса, где дисперсия (D) 5, отражающая пшрину распределения направлений движения oi -частиц в плазме, смещение 6 центра тяжести 30 Х-линии uEw, максимально возможный сдвиг 7 но энергии U Ev „ Пример применения способа. В Д-Т плазму с концентрацией ионов равной (дейтерий и три- 35 тий в равных количествах) вводят комбинированную примесь изотопов Li,Li, N, Концентрация атомов цримесИ для каждого изотопа составляет 1% от концентрации, ионов 40 плазмы, Тоео „ В таблице приведены резонансные энергии ai -частиц, энергии возбуждения резонансных уровней конечных ядер и значения силы резонансов, соответствующие реакциям 45 резонансного радиационного захвата об-частиц упоминается выше ядрами. В случае равномерного энергетического распределения od,-частиц в нлазме величина f (Е) будет равна Q 10 .., тогда скорость реакций резонансного радиационного захвата равна значениям Rv., приведенным в последнем столбце таблихда.

Для регистрации энергетического 55 спектра V -лучей используется НР-де- тектор (объем около 200 см ) с эффективностью регистрации Jf -лучей энергии 5.0 мЭя. равной 0,15. ЭНергети 1еское разрешение спектрометра составляет 10 кэВ, что позволяет анализировать сложные }f -спектры Сложность спектров заключается в том,что в результате реакций резонансного радиационного захвата oi -частиц возбуждаются дискретные состояния конечных ядер, которые затем распадаются с испусканием большого числа моноэнергетических -лучейо При этом / -лучам с Е JA больше 1 МэВ в спектр еще появятся пики одиночного и двойного вылета. На фиг о I в качестве примера представлена схема распада резонансных уровней ядра В, кото рые возбуждаются о -частицами.

Детектор с телесным углом регистрации, составляющим 4-10 м просматривает плазму объемом 10 см. Ослабление потока У-лучей с энергией больше 4 МэВ составляет О,)о В этом случае интенсивность V-лучей с энергией 4,829 МэВ, разряжающих резонансный уровень 9,274 МэВ ядра возбуждающих при захвате oL -частиц плазмы ядрами , будет равна 330 с см. таблицу и фиг.1. Такой интенсивности регистрации достаточно дпя определения концентрации d. -частиц с резонансной энергией 0,953 МэВ.

Покажем чувствительность предлагаемого способа на примере конкретных энергетических распределений uiL-частиц возможных в высокотемпературной плазме,, На фиг. 2 представлены два таких распределения - классическое, отражающее двухчастичное некогерентное взаимодействие oi - частиц, с плазмой и неклассическое, которое возникает в случае коллективного взаимодействия, а на фиг„3 показано как будут отличаться полные выходы V -лучей некоторых резонансов в случае этих двух распределений oL -частиц.

Высокое разрешение спектрометра дает возможность с достаточной точ- ностгло анализировать дисперсию и параметр асимметрии допплеровски уширенных V -линий. На фиг. 4 представлен в качестве примера пик из энергетического спектра, форма которого отражает возможное распределение направлений движения 0 -частиц определенной резонансной энергии в плазме. Для реакций, указанных в таблице,величина скорости конечных ядер лежит в пределах 0,5-1,5% от скорости света. В случае резонанса с энергией 0,953 МэВ, который имеет место в реакции Ы(й6,Д) В, эта величина составляет 0,8%, а максимально возможный сдвиг энергии У-лучей с энергией 4,829 МэВ будет равен 40 кэВ. Если распределение направлений движения ансамбля ai -частиц с энергией 0,953 МэВ такого, что преимущественным является движение с 0 84 то сдвиг центра тяжести -линии будет составлять 4 кэБ Дисперсия J-линии в случае изотропного распределения скорос тей V ансамбля d -частиц будет равна 80 кэБ, а в случае, когда функция распределения ei -частиц имеет вид О -функции дисперсия будет равна 10 кэБ, Тов. равна зна- чению дисперсии аппаратурной формы линии спектрометра

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает лучшую точность определения энергетического распределения рС-частиц в плазме за счет измерения концентраций групп частиц, имеющих резонансные энергии и надежности вьзделения из фона моноэнергетических jf -линии; установление преимущественного направления движения групп частиц; определение дисперсии распределения направлений их движения,что повьштает информативность диагностики 9(.-частиц высокотекшературной плазмы.

Дополнительным преимуществом способа является возможность получения экспрессной информации о функции распределения ei -частиц по скоростям „

Форм°ула изобретения

Способ диагностики об -частиц высокотемпературной дейтерий-тритиевой плазмы путем введения в нее примесных ядер легких элементов, последующей регистрации энергетического спектра | -лучей, и определения по упомянутому спектру энергетического распределения ti-частиц, о т л и - чающий ся тем, что, с целью повышения информативности за счет увеличения точности определения энергетического распределения об -частиц

и установления распределения направлений их движения в плазме, в качестве примесных- ядер легких элементов вводят комбинированную примесь изотопов Li, Li, N, N, и определяют интенсивность, дисперсию и параметр асимметрии допплеровски утнирен- ных у-линий энергетического спектра, соответствующих распаду ядерных состояний, возбуждаемых об -частицами резонансных энергий о

20

Li(i,y)

ю

25

30

35

40

45

Энергия возбуждения резонансного 55 уровня.

,э&

;.ш Ш- gm В.Ш

«7W

..V5

tns

0.000

Фав.З

Cv

%

2 3

Фиг. 2