磁質(zhì)子反沖譜儀磁分析系統(tǒng)的模擬和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、聚變反應(yīng)產(chǎn)生的中子能譜攜帶等離子體中心區(qū)域的核心信息，如離子溫度和燃料密度等，高性能的脈沖中子能譜診斷技術(shù)對(duì)聚變研究起著重要的作用。對(duì)于DT聚變中子(～14MeV)，傳統(tǒng)的飛行時(shí)間反沖質(zhì)子譜儀需要較長(zhǎng)的飛行距離，對(duì)實(shí)驗(yàn)空間和中子產(chǎn)額要求較高，且能量分辨率不夠理想。磁質(zhì)子反沖(Magnetic Proton Recoil，MPR)譜儀是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型的高性能診斷裝置，可以近距離測(cè)量較低產(chǎn)額的DT聚變中子能譜，能夠用于聚變離子溫度和燃

2、料密度的精確診斷。本論文致力于MPR技術(shù)的研究，設(shè)計(jì)了一種緊湊型MPR譜儀的磁分析系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際條件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
　　磁分析系統(tǒng)由均勻二極磁場(chǎng)和邊緣場(chǎng)在水平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)-點(diǎn)”聚焦。運(yùn)用帶電粒子束光學(xué)理論和計(jì)算機(jī)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究，計(jì)算了系統(tǒng)的束流傳輸參數(shù)，提出了具體的設(shè)計(jì)方案，在此基礎(chǔ)上建立了帶電粒子輸運(yùn)模擬程序，研究了系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)。根據(jù)模擬計(jì)算獲得的帶電粒子傳輸參數(shù)，設(shè)計(jì)了符合現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)條件的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
　

3、　C形釹鐵硼永磁體磁極間隙為3cm，均勻場(chǎng)區(qū)場(chǎng)強(qiáng)約為0.792T。測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，均勻場(chǎng)區(qū)和邊緣場(chǎng)區(qū)磁場(chǎng)分布達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。使用實(shí)際磁場(chǎng)信息進(jìn)行的粒子輸運(yùn)模擬計(jì)算表明:磁分析系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)4-8MeV反沖質(zhì)子（45°反沖角）的動(dòng)量分析，在整個(gè)能量范圍內(nèi)具有較為一致的分辨率;合適的質(zhì)子限束光闌條件下，系統(tǒng)最大入射立體角約1.2ms（毫立體角），預(yù)計(jì)能量分辨率優(yōu)于3％。
　　為檢驗(yàn)磁分析系統(tǒng)的實(shí)際性能，使用239Pu放射α源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，

4、測(cè)量了不同能量粒子的焦斑分布，研究了不同光闌尺寸和探測(cè)器位置等條件下焦斑的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡（空間位置和偏轉(zhuǎn)角）與理論計(jì)算和程序模擬結(jié)果一致，系統(tǒng)能量分辨率達(dá)到2％，能夠很好地分辨5.15MeV和5.47MeV的α粒子。實(shí)驗(yàn)同時(shí)證明磁分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)是合理的，建立的模擬計(jì)算程序?yàn)閹щ娏Ｗ臃治鎏峁┝丝煽康囊罁?jù)，為下一階段的反沖質(zhì)子實(shí)驗(yàn)研究提供了良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　結(jié)合磁分析系統(tǒng)的實(shí)際性能，對(duì)MPR譜儀的參數(shù)設(shè)置和相應(yīng)