【摘要】：燃料面密度(ρR)是慣性約束聚變(ICF)實(shí)驗(yàn)關(guān)心的一個(gè)重要的參數(shù),它與慣性約束聚變點(diǎn)火條件密切相關(guān)。通過(guò)不同方向診斷面密度可以在一定程度上了解靶丸壓縮對(duì)稱性。本文深入研究了下散射法診斷燃料面密度的關(guān)鍵技術(shù)。該方法主要通過(guò)下散射中子數(shù)目與初級(jí)中子產(chǎn)額的比值(即下散射中子份額)得知面密度值,對(duì)下散射中子的測(cè)量準(zhǔn)確性要求較高。本文首先分析了影響下散射中子能譜和份額的因素；接著根據(jù)神光Ⅲ主機(jī)實(shí)驗(yàn)靶場(chǎng)布局進(jìn)行了探測(cè)系統(tǒng)的輻射屏蔽準(zhǔn)直設(shè)計(jì),以便降低輻射本底對(duì)下散射中子測(cè)量的影響;最后設(shè)計(jì)了兩類探測(cè)器系統(tǒng)。從靶核熱運(yùn)動(dòng)、熱斑半徑、熱斑分布、推進(jìn)層等方面分析了影響下散射中子能譜和份額的因素。首先通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo),探討了靶核熱運(yùn)動(dòng)對(duì)下散射中子能譜的影響,論證了采用中心點(diǎn)源模型模擬計(jì)算下散射中子能譜時(shí)忽略靶核熱運(yùn)動(dòng)影響的合理性。在不考慮靶核熱運(yùn)動(dòng)的影響的條件下,利用蒙特卡羅方法對(duì)不同面密度條件和不同熱斑半徑模型的下散射中子能譜進(jìn)行了模擬計(jì)算。研究表明,燃料面密度與下散射份額間存在一定的線性關(guān)系,并且該線性關(guān)系的系數(shù)依賴于下散射中子的測(cè)量能區(qū)的選取以及熱斑尺寸。同時(shí)分析了熱斑分布對(duì)不同方向的下散射中子測(cè)量結(jié)果的影響。分析了下散射中子的測(cè)量能區(qū)和初級(jí)中子的測(cè)量能區(qū)的選擇原則�；谏窆猗笤烷g接驅(qū)動(dòng)靶、OMEGA直接驅(qū)動(dòng)靶和神光Ⅲ主機(jī)爆推靶,探討了推進(jìn)層對(duì)下散射中子能譜的影響。根據(jù)神光Ⅲ主機(jī)實(shí)驗(yàn)靶場(chǎng)布局進(jìn)行了探測(cè)系統(tǒng)的輻射屏蔽準(zhǔn)直設(shè)計(jì)。首先分析了純氘燃料靶在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中產(chǎn)生的本底輻射場(chǎng),通過(guò)蒙特卡羅方法計(jì)算得知測(cè)量點(diǎn)處中子本底主要來(lái)源于初級(jí)中子與鋁靶室壁、周圍診斷平臺(tái)、天花板和地板的作用,據(jù)此分析選取合適的材料和屏蔽方案。模擬計(jì)算表明,優(yōu)化后的準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)方案滿足實(shí)驗(yàn)診斷要求。對(duì)探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要的塑料閃爍體以及微通道板光電倍增管(MCP-PMT)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。采用時(shí)間符合單光子計(jì)數(shù)法測(cè)量塑料閃爍體的快成分和慢成分的熒光時(shí)間特性；采用波形比較法測(cè)量MCP-PMT對(duì)強(qiáng)窄脈沖光的線性輸出。時(shí)間符合單光子計(jì)數(shù)法的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所測(cè)幅度動(dòng)態(tài)范圍大于104,時(shí)間分辨小于0.8 ns。實(shí)驗(yàn)結(jié)果用雙指數(shù)擬合得到：ST401發(fā)光衰減常數(shù)為2.9 ns和50 ns,EJ232發(fā)光衰減常數(shù)為1.6 ns和30ns。采用波形比較法測(cè)量MCP-PMT的線性時(shí),引入了一個(gè)與輸入波形無(wú)關(guān)的物理量：線性輸出電荷。通過(guò)20 ns和10 ns兩種不同脈寬的輸入波形進(jìn)行實(shí)驗(yàn),獲得了MCP-PMT的增益變化10%時(shí)的輸出電荷。兩種脈寬情況下的結(jié)果基本一致。根據(jù)輻射屏蔽后5.5 m測(cè)點(diǎn)處的輻射場(chǎng)情況和實(shí)驗(yàn)測(cè)得的塑料閃爍體以及MCP-PMT的關(guān)鍵參數(shù),分別設(shè)計(jì)了電流型探測(cè)器系統(tǒng)和成像型探測(cè)器系統(tǒng)。通過(guò)Geant4數(shù)值模擬分析了閃爍體慢成分熒光余輝、燃料面密度、測(cè)量點(diǎn)距離等因素對(duì)信噪比的影響。若只考慮塑料閃爍體的快成分和最快慢成分或者塑料閃爍體所有慢成分的份額極低,則在面密度為10 mg/cm2、初級(jí)中子產(chǎn)額為1012時(shí),在測(cè)量時(shí)間段內(nèi),布置于5.5 m處的電流型探測(cè)器系統(tǒng)測(cè)量的信噪比可達(dá)40：1。若塑料閃爍體的兩種慢成分均較強(qiáng),則在面密度為10 mg/cm2、初級(jí)中子產(chǎn)額為1012時(shí),電流型探測(cè)器系統(tǒng)不適于在離靶心5.5m處診斷面密度,但可以通過(guò)增大測(cè)量點(diǎn)距離來(lái)提高測(cè)量的信噪比。當(dāng)測(cè)量點(diǎn)離靶心的距離為20 m、面密度為100 mg/cm2、初級(jí)中子產(chǎn)額為1012時(shí),電流型探測(cè)器系統(tǒng)測(cè)量的信噪比則可達(dá)20：1。對(duì)于成像型探測(cè)器系統(tǒng)考慮閃爍體所有慢成分均極低的情況,則當(dāng)面密度達(dá)到10 mg/cm2,初級(jí)中子產(chǎn)額為1011時(shí),在離靶心5.5 m處測(cè)量的信噪比可優(yōu)于10：1。面密度增大時(shí),信噪比有所改善。但是當(dāng)面密度達(dá)到100 mg/cm2、初級(jí)中子產(chǎn)額達(dá)到1012時(shí),由于單個(gè)閃爍像元發(fā)生多個(gè)中子作用事件的概率(重疊概率)增大,使得下散射中子的統(tǒng)計(jì)結(jié)果偏低�？赏ㄟ^(guò)縮短曝光時(shí)間或者減小塑料閃爍體厚度來(lái)降低重疊概率。研究結(jié)果表明,初級(jí)中子和高能下散射中子激發(fā)的閃爍體慢成分余輝對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量能段的下散射中子的測(cè)量具有顯著影響。通過(guò)本論文工作,研究了下散射法診斷燃料面密度的關(guān)鍵技術(shù),論證了下散射法用于神光Ⅲ主機(jī)純氘靶丸燃料面密度診斷的可行性,完成了診斷系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì),并通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)其特性進(jìn)行了評(píng)估。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TL632
【圖文】：

中國(guó)等也在進(jìn)行這方面的研巧。如俄羅斯的ＧＩＴ－４、ＧＩＴ－１２、ＡＮＧＡＲＡ－Ｖ－１，英國(guó)逡逑ＭＡＧＰ化，法國(guó)的ＳＹＲＩＮＸ，中國(guó)的＂強(qiáng)光一號(hào)＂、＂聚龍一號(hào)＂等。逡逑聚變?nèi)剂现饕校�、Ｔ、３Ｈｅ。根�?jù)圖１．１可知［Ｗ，當(dāng)離子溫度小于ｌｏｋｅＶ時(shí)，ＤＴ逡逑聚變截面顯著大于其他兩種反應(yīng)截面。ＤＴ燃料有可能在未來(lái)的聚變能源中得到應(yīng)用。逡逑但是，由于Ｔ具有放射性，ＤＴ燃料的使用流程極其嚴(yán)格。由于Ｄ無(wú)放射性，且當(dāng)離子逡逑溫度小于１０邋ｋｅＶ時(shí)ＤＤ反應(yīng)截面比Ｄ３化反應(yīng)截面大，因化在達(dá)到點(diǎn)火條件前，一般逡逑采用ＤＤ燃料代替ＤＴ燃料進(jìn)行研巧。逡逑１Ｅ－化邋＾邐邐邐逡逑Ｓ邋二邐；：逡逑－ｋ邐■邐■逡逑ｅ澹保牛�；！邋ＤＴ逦逦辶x

本文編號(hào)：2754674