HT-7超导托卡马克上的中子测量

ASIPP

HT-7超导托卡马克上的中子测量

李晓玲，钟国强2007-4-2ASIPP内容1、中子探测原理2、托卡马克上的中子来源3、实验测量系统4、实验结果与初步分析5、实验总结6、2007年春工作安排ASIPP中子探测原理中子不带电荷，因此它不能直接引起物质电离而被探测。探测中子必须借助其与原子核发生的相互作用而产生的次级带电粒子来实现。中子测量包括能量和通量测量。中子能量测量方法：反冲核法；核反应法；中子衍射谱仪；飞行时间谱仪。中子通量测量方法：核反应法；核裂变法；活化法；伴随粒子法。

ASIPP托卡马克上的中子来源（一）托卡马克放电时产生的中子主要有：氘氘反应产生2.45Mev的聚变中子，氘氚反应产生14.1Mev的聚变中子和电致分裂以及光核反应产生的光中子。放电期间主要的聚变反应：D+DN(2.45Mev)+3He+3.37MeVD+DT+P+4.32MeVD+TN(14.1Mev)+4He+17.59MeV目前HT-7一般情况下的放电，DD聚变反应产生的中子所占的份额还非常低，测量到的主要还是电致分离及光核反应产生的中子。ASIPP中子通量的计算（一）中子通量主要由离子温度及其分布，离子密度及其分布，等离子体体积，以及探测器的位置所决定。托卡马克上的中子来源（二）ASIPP当放电运行参数，，，a=0.27m，，时，由计算得到：A当取，时中子通量随探测点到等离子体圆心的距离L的变化如图：托卡马克上的中子来源（三）ASIPP设想中子是从托卡马克中心点放出，得到中子通量与L的关系是平方反比关系。比较两者可以看出，在远离装置处如诊断控制室，如不考虑空间障碍物的影响，可利用平方反比率做远场近似。而对于装置内部及周边的近场区，来自中子源分布的三维效应必须考虑。

托卡马克上的中子来源（四）ASIPP测量系统的建立中子探测器中子测量系统电子学方框图实验测量系统（一）HT-7超导托卡马克上的中子诊断系统包括多种中子探测器、相应的电子学和多路数据采集系统，能够测量和分析中子通量的时空分布。ASIPP探测器实验安排为了测量中子通量的时空分布，探测器在HT-7装置周围的分布如图1。为了尽量提高探测器的几何效率，探测器尽可能的靠近装置中心，而且大部分的测量点都在装置的中平面。N1-N6分别代表从2001年到2005年多轮实验先后布置的中子通量测量点。

实验测量系统（二）ASIPP图2BF3正比计数管和3He正比计数管的中子通量信号NeutronFluxbyBF3BasedSystemNeutronFluxby3HeBasedSystem实验结果与初步分析（一）3He管与BF3管探测效率对比计数（个）计数（个）ASIPP真空室窗口和变压器铁芯对

中子通量分布的影响（一）图4真空室窗口外侧（N8）和真空室外侧(N9)的中子通量对比（炮号60794）（中子探测器放置在中平面位置）真空室窗口外侧的中子通量比没有窗口处强，这是由于窗口处材料对中子的屏蔽相对较弱的原因，这与简单的中子屏蔽估算结果一致。

实验结果与初步分析（二）

真空室壁对中子通量分布的影响ASIPP图5变压器铁芯外侧（N10）与真空室窗口外侧（N11）的中子通量对比（炮号76303）变压器铁芯的存在大大降低了铁芯两侧的中子通量，对中子起了很好的屏蔽作用。

变压器铁芯对中子通量分布的影响实验结果与初步分析（三）ASIPP

光中子行为

超热高能电子（也称逃逸电子）通过电致分裂或者光核反应产生中子，例如，约束在等离子体中的高能电子可与氘或者杂质发生如下的核反应：

D(e,e’n)H;阈能≈2.2MeV97Mo(e,e’n)96Mo;阈能≈6.8MeV另一方面，当逃逸电子打到真空室内壁或者限制器等结构材料表面时，会产生硬X射线辐射，这些硬X射线与真空室内壁或者限制器相互作用时，通过下述反应产生中子：97Mo(

,n)96Mo;阈能≈6.8MeV实验结果与初步分析（四）ASIPP从图中可以看到，等离子体电流出现破裂时，中子通量信号大幅度上升，硬X射线信号（HXH4）的强度也有大幅度的上升。这两者之间的相关性说明，在这种情况下，硬X射线与真空室内壁或者限制器相互作用引起的光致反应产生了大量的光中子。

等离子体破裂时候产生大量光中子图2等离子体破裂产生光中子实验结果与初步分析（五）ASIPP中子通量随探测点位置改变而改变，中子通量的空间分布和具体的等离子体参数及其分布有关。在装置中平面位置上，中子通量随探测点与装置中心的距离增加而降低。在垂直方向上，中子通量在中平面处最大，向上下两侧分别呈下降趋势。真空室窗口外侧的中子通量比没有窗口处的中子通量强。

变压器铁芯两侧的中子通量比相同水平和垂直位置的中子通量要小约一个量级，可见变压器铁芯的存在起了屏蔽中子的作用。验证了测量结果与三维数值计算的一致性。中子通量分布测量为中子辐射防护、装置运行与物理实验提供重要依据，并且为更深入的物理研究奠定了基础。实验总结ASIPP2007春试验安排本轮HT-7放电实验中子通量测量系统：Ⅰ、BF3→电荷灵敏前放→主脉冲放大器→脉冲幅度甄别器→计数卡（３路）Ⅱ、BF3→电压灵敏前放→主脉冲放大器→脉冲幅度甄别器→计数卡（１路）Ⅲ、Ｈe3→集成脉冲放大器→脉冲幅度甄别器→计数卡（１路）Ⅱ类Ⅰ类＆Ⅲ类plasmaHT-7plasma聚四氟乙烯正比计数管Ⅰ类Ⅰ类Ⅰ类Ⅲ类ASIPP2007春试验安排实验条件:1、密度电子平均密