hl-1 聚变装置中子发射实验研究

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1、第32卷第4期原子能科学技术Vol.32,No.41998年7月AtomicEnergyScienceandTechnologyJuly1998HL-1聚变装置中子发射实验研究龚定夫　董贾福　陈家富　杨洪儒　王恩耀(核工业西南物理研究院,成都,610041)采用ZnS(Ag)闪烁计数器,经标准中子源刻度校正后,测量HL21(中国环流器一号)聚变装置115的中子演化和中子产额;同时用活化箔法(In)和原子核乳胶法测量中子产额。在真空室充氘和电子回旋共振加热(ECRH)时,3种方法同时测量,确证HL21每放电1

2、次发射中子数平均为(3141±100150)×10。得到欧姆加热、ECRH、改进约束放电(IOC)和弹丸注入等放电实验中的中子演化。在分子束注入和偏压电极(EPP)放电实验中,产生中子较少或很少。观察部分放电方式产生的中子产额N和硬X射线产额HX间有线性关系N=aHX-b,其中,a和b是与装置运行方式有关的常数。关键词聚变中子　中子产额　中子能量　中子演化中图法分类号TL613HL21(中国环流器一号)聚变装置最初设计参数的热核聚变中子发射不多,经不断改进和完善,相应的约束性能提高,加之辅助加热如电子回旋共

3、振加热(ECRH)的投入等,实验中又观察到高能逃逸电子。有理由相信,HL21应该产生不少中子,需要仔细测量并确证中子存在。[1]受控热核聚变研究的最终目标,是获得并有效地利用热核聚变能作为新能源。在JET上,国外利用产生的光中子等来估算逃逸电子能量和逃逸电流是相当可观的。本工作的目的是在HL21装置真空室充氘或充氢时,在欧姆(8)加热、ECRH、IOC以及弹丸(pellet)注入实验中,测量中子产额N和硬X射线的HX,以确证中子的存在。1　实验布局(1)(2)实验布局示于图1。同时使用3种独立的核测量方法,

4、以证实中子的存在。HX、HX和(3)(1)(3)HX分别采用NaI(Tl)闪烁探测器探测硬X射线和C射线,其中HX和HX的采集频率为(2)(1)(2)(3)(1)1kHz,HX采集频率为10—40kHz。N、N和N是中子探测器。N是由ZnS(Ag)组成的中子闪烁计数器,采集速率为1kHz,信号输入Tektronix2201型记忆示波器,显示并拍照。ZnS(Ag)计数器对硬X射线不灵敏,对快中子灵敏,其光衰减时间为5Ls,可用来测量快中子龚定夫:男,61岁,核物理专业,副研究员收稿日期:1997203205　

5、　收到修改稿日期:1997204220第4期　　龚定夫等:HL21聚变装置中子发射实验研究311(2)115(3)发射特性(即演化)。N是铟箔(In)中子活化探测器。N是原子核乳胶中子探测器。用3种探测手段同时测量中子,并比较测量结果。2HL-1装置的实验测量211　闪烁计数器法HL21在电子回旋共振(ECRH)加热时,比较充氢(H)和充氘(D)两种放电方式,虽然它们的计数比NöHX大致接近,但它们的演化轮廓有些差异。充氢时,N和HX的演化趋势基本一致,N随HX正比变化,绝大部分中子发生在放电下降部分,说明

6、有光中子存在。充氘时,N和HX的演化轮廓虽然趋势大体相同,但也观察到不同之处,且中子发生在下降和平顶的后半部分(图2)。这一现象可解释为当ECRH加热放电时,相应高能电子增多,引起光中子增多,同时由于电子温度升高而使得聚变中子增多,故N与HX演化轮廓虽然趋势相同,但存在明显的差异。图2　在充氘和ECRH(250kW,300—330ms)时的中子和硬X射线发射图1　实验平面布局Fig.2NeutronandhardX2rayemissionFig.1ExperimentarrangementinECRHdis

7、chargewithdeuterium　　从12034次放电的照片(图3)显示,环电压VL在480ms处破裂,等离子体立即倾倒在限312原子能科学技术　　第32卷制器和器壁上,产生尖脉冲式光中子爆发,严重时,可以损坏真空室壁,这时等离子体电流Ip立即从平顶快速下降,直至又一次引起VL大破裂而停止放电。显然,这时测到的中子是光中图3　放电破裂时的中子发射Fig.3Neutronemissionduringdischargedisruption(a)——VL和Ip的变化曲线;(b)——N和Ip的变化曲线子,不是

8、聚变中子。弹丸注入实验中,在410ms注入弹丸时,N和HX同步地产生尖脉冲信号(图4),这时环[5]电压VL相应上升,电子能量增高,和AlcatorC结果一致。不同的是AlcatorC的N先下降一点后,立刻陡峻上升,再快速衰减。由于本工作N采集频率较低,不易看出N信号微小变(2)化。不过HX快采道信号也未发现下降,只观察到陡峻上升,并更快速地衰减。本实验结果和AlcatorC的相近而与TFTR的不同。TFTR在欧