2-22 ICF中子能谱与带电粒子测量系统

杨建伦 温树槐 杨洪琼 王根兴 唐正元 郭玉芝 马驰

  设计并建立了ICF中子能谱与带电粒子测量装置,用于测量ICF内爆压缩区离子温度及<r R >参量。整个测量装置包含三大部分:近测点中子时间谱测量系统、远测点中子飞行时间谱测量系统,以及用于测量带电粒子谱的固体径迹探测器实验系统。

  近测点闪烁体-条纹相机系统用于测量内爆中子时间谱。将BC422塑料闪烁体置于靶丸附近,距离靶丸3cm,中子激发的闪烁光通过消色差透镜光学系统引出靶室,由条纹相机记录。由于中子产额低,该系统设计的困难在于提高系统灵敏度,因而重点研究了提高系统灵敏度的方法,目前已经完成了制冷增强型CCD的调试及其与测量系统的组合实验工作,使条纹相机系统的灵敏度提高了一个量级以上。

  在设计阶段,建立了光线追迹Monte Carlo模拟计算程序,用于光学系统的辅助设计、时间弥散、收光效率等参数的计算与检验,以及像质的评价等。为了刻度该系统的收光效率、透过率、时间弥散等参数,分别利用脉冲X辐射和0.35m m激光脉冲激发闪烁体,进行了实验标定,测得收光效率为3.5%,透过率为65%,时间分辨好于40ps,实验结果与设计指标一致。

  中子飞行时间谱仪远测点杯状闪烁体–MCP–示波器系统通过测量内爆中子飞行时间展宽,并与中子时间谱联合解谱得到中子能谱半宽度,从而给出压缩区离子温度。由于采用了几何补偿技术,闪烁体的有效体积增大到100cm3,测点距离增大到5m,有助于在较低产额情况下减小测量数据的统计误差,提高测量精度。由于杯状闪烁体的收光效率及时间弥散等参数直接与系统的灵敏度和时间响应有关,有必要进行模拟计算和实验标定。分别利用0.35m m激光和脉冲X射线源进行了测量,测量结果表明,平均收光效率为1%,时间弥散为80ps,实测收光效率径向分布及时间弥散等与计算机Monte Carlo模拟计算结果相符。

  通过实验,研究了固体径迹探测器用于测量带电粒子的方法,完善了实验室工艺处理程序及显微观测装置,完成了径迹判读与数据处理软件的设计、调试工作,实现了径迹参数的半自动判读及快速统计。该系统已用于对a 粒子径迹进行的实验研究,并将用于测量来自靶丸的反冲DT核,推算燃料〈r R〉值。

  已建立的测量装置适用于中子产额为108/shot以上的ICF内爆实验,为了适应低产额实验条件,研究了进一步提高系统灵敏度的方法,例如利用柱面透镜、大体积几何补偿闪烁体、大接收立体角几何补偿异型闪烁体等提高中子时间谱和能谱测量系统的灵敏度。现已着手建立中子飞行时间谱测量系统电流波形数值模拟程序,用于独立检验离子温度处理结果的可靠性及精度。

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