Применение ядерных методов гамма спектрометрии высокого разрешения для диагностики высокотемпературной плазмы

• Автор: Гин, Дмитрий Борисович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 102 с. : ил.

Оглавление
Общие сведения
I. Актуальность темы
И. Цели работы
III. Научная новизна работы
IV. Практическая значимость результатов работы
V. Личное участие автора
VI. Основные положения, выносимые на защиту
VII. Структура диссертации
VIII. Апробация работы
IX. Список сокращений
Глава 1. Введение
1.1. Детекторы, используемые в ядернофизических исследованиях
1.2. у- диагностика высокотемпературной плазмы
1.2.1. Теоретический экскурс
1.2.2. История вопроса
1.2.3. Ядерные реакции, важные для у- спектрометрических исследований
1.2.4. у- спектрометрические системы
1.2.5. Быстрые ионы, как основной объект исследований
1.2.6. Сравнение с альтернативными методами диагностики тех же параметров плазмы
1.2.7. Анализ экспериментальных данных
1.3. Допплеровские методы у- спектроскопии
1.3.1. Исходные положения
1.3.2. Реакция 7Li(n, n’y)7Li*
1.3.3. Реакция 9Ве(а, ny)12C
1.3.4. Измерения параметров реакции 7Li(n, n’y)7Li* на генераторе Кокрофта-Уолтона в Пекине и реакции 9Ве(а, пу)12С на циклотроне ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН.

1.3.5. Анализ форм у-линий (ФЛ), измеренных в плазменном эксперименте
1.4. Прототип нейтронного аттенюатора

Глава 2. Описание методики и проведенных расчетов
2.1. Используемая модель
2.1.1. Оценка вероятности регистрации у- кванта в токамаке JET
2.1.2. Функция возбуждения и скорость реакции. Влияние подпороговой
области сечения реакции
2.1.3. Сечение реакции 9Ве(а, пу)12С
2.1.4. Кинематика модели. Функция угловой корреляции (ФУК)
2.1.5. Исследование углового распределения (УР) нейтронов в реакции
Li(n, n’y)Li*
2.1.6. Моделирование ФЛ в реакции 9Ве(а, пу)12С
2.1.7. Восстановление ФУК
2.1.8. Отбор параметров ФУК
2.1.9. Нахождение энергетической зависимости ФУК
2.1.10. Влияние релятивистских поправок
2.2. Плазменные расчёты
2.2.1. Интегральная ФЛ. Учёт влияния ФУК
2.2.2. Анизотропия ФР реагирующих частиц. Учёт влияния ФУК
2.3. Расчёты параметров нейтронных аттенюаторов
Г лава 3. у- диагностика высокотемпературной плазмы
3.1. Анализ данных плазменного эксперимента
3.1.1. Анализ ФЛ в первых экспериментах на JET
3.1.2. Сравнение различных вариантов расчётов с данными первых
измерений в 4Не плазме
3.2. Применение 6LiH нейтронного аттенюатора на JET в экспериментах с DD- плазмой
3.2.1. Предварительные расчеты
3.2.2. Результаты эксперимента
Заключение
Благодарности
Литература

Общие сведения.
I. Актуальность темы.
Одним из основных объектов исследования диссертации является реакция
9Ве(а, пу)12С, широко известная как экспериментаторам, так и теоретикам. В первую
очередь это обусловлено возможностью использования её в качестве генератора
нескольких групп моноэнергетичных нейтронов, особенно для исследований в области
6-12 МэВ, где традиционные Б О- и ВТ- генераторы неприменимы [1]. Особый интерес эта
реакция представляет для астрофизических исследований. Так, например, в работе [2]

обсуждается роль, которую может играть реакция Ве(а, у) С в процессах нуклеосинтеза красных гигантов: возможность образования 12С. Соответствующий радиоактивный распад состояния 7.66 МэВ является слабой (<1%%) ветвью по сравнению с вероятностью испускания а- частицы (что означает обратный процесс). Это возбужденное состояние 12С также может быть получено как результат реакции 9Ве(а, пу)12С для дальнейшего измерения его параметров. Далее, согласно [3], в сценарии г- процесса, уже сама реакция 9Ве(а, пу)12С может играть определяющую роль в цепочке образования 12С. При взрыве сверхновых 2-го типа он может образовываться либо в результате тройных столкновений а- частиц, либо в катализируемой нейтронами цепочке 4Не(ап, у)9Ве(а, п)12С, которая может на порядок превосходить по интенсивности в богатом нейтронами окружении. С точки зрения теории, интересен механизм реакции, который представляет собой сложную комбинацию компаунд- и прямых процессов. Действительно, рассматривая реакцию 9Ве(а, пу)12С как представителя класса Х(а, п)У можно предположить несколько путей её протекания [4]:
• образование компаунд-ядра 13С с последующим испарением нейтрона;
• срыв нейтрона ядра мишени;
• прямое выбивание а- частицей слабосвязанного нейтрона из мишени;
• срыв налетающей а- частицы.
Первому случаю соответствует изотропное, либо симметричное относительно направления 90° распределение испускаемых нейтронов - если происходит возбуждение многих уровней составного ядра и применима статистическая модель. Второй процесс соответствует сильной обратной направленности диаграммы нейтронного излучения, что вполне возможно, если рассматривать ядра мишени как систему 8Ве+п. Два последних процесса трудноразличимы по угловому распределению, поскольку для обоих из них

измерение большинства параметров реакции было расширено на диапазон Е„ до 6.5 МэВ. Наконец, в рамках исследований была предпринята попытка извлечь угловые распределения нейтронов из анализа форм у- линии 4.44 МэВ, наблюдаемых под углом расположения Ge(Li) детектора 0Y=O° [1]. Однако, такой анализ приводит к однозначным результатам только в тех случаях, когда можно пренебречь угловой корреляцией между нейтронами и у-квантами, в частности, когда спин уровня 1=0 или 1=1/2 [99], как это было справедливо для реакции 7Li(n,n’y)7Li*. В случае реакции 9Ве(а, пу)|2С 1=2 и форма спектров определяется функцией угловой корреляции п-у.
В связи с появлением возможности измерений на JET, исследования реакции были возобновлены.
1.3.4. Измерения параметров реакции 7Li(n, n’y)7Li* на генераторе Кокрофта-Уолтона в Пекине и реакции 9Ве(а, пу)12С на циклотроне ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН.
Эксперимент с измерением параметров реакции 7Li(n, n’y)7Li* проводился на импульсном генераторе Кокрофта-Уолтона в Пекинском педагогическом университете. Нейтроны генерировались в реакции T(d, п)4Не с 300 кэВ дейтериевым пучком. В качестве мишени использовался чистый металлический литий, обогащенный до 99.98 % и запечатанный в аргоновой атмосфере в алюминиевую оболочку толщиной 0.2 мм. Размеры образца были 36.8 мм в диаметре и 28.6 мм длинной, а вес составил 14.84 г. Образец был расположен под углом 0° по отношению к дейтериевому лучу и на расстоянии 13.4 см от нейтронной мишени (см. рис. 5).