磁質(zhì)子反沖譜儀磁分析系統(tǒng)的模擬和實驗研究.pdf

1、聚變反應產(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對聚變研究起著重要的作用。對于DT聚變中子(～14MeV)，傳統(tǒng)的飛行時間反沖質(zhì)子譜儀需要較長的飛行距離，對實驗空間和中子產(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)譜儀是近年來出現(xiàn)的一種新型的高性能診斷裝置，可以近距離測量較低產(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技術的研究，設計了一種緊湊型MPR譜儀的磁分析系統(tǒng)，根據(jù)實際條件對系統(tǒng)進行了實驗研究。
　　磁分析系統(tǒng)由均勻二極磁場和邊緣場在水平面內(nèi)實現(xiàn)“點-點”聚焦。運用帶電粒子束光學理論和計算機軟件對系統(tǒng)進行研究，計算了系統(tǒng)的束流傳輸參數(shù)，提出了具體的設計方案，在此基礎上建立了帶電粒子輸運模擬程序，研究了系統(tǒng)的主要性能指標。根據(jù)模擬計算獲得的帶電粒子傳輸參數(shù)，設計了符合現(xiàn)階段實驗條件的實驗系統(tǒng)。
　

3、　C形釹鐵硼永磁體磁極間隙為3cm，均勻場區(qū)場強約為0.792T。測量數(shù)據(jù)顯示，均勻場區(qū)和邊緣場區(qū)磁場分布達到了設計要求。使用實際磁場信息進行的粒子輸運模擬計算表明:磁分析系統(tǒng)能實現(xiàn)4-8MeV反沖質(zhì)子（45°反沖角）的動量分析，在整個能量范圍內(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），預計能量分辨率優(yōu)于3％。
　　為檢驗磁分析系統(tǒng)的實際性能，使用239Pu放射α源進行了實驗研究，

4、測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器位置等條件下焦斑的變化。實驗結(jié)果表明，α粒子的運動軌跡（空間位置和偏轉(zhuǎn)角）與理論計算和程序模擬結(jié)果一致，系統(tǒng)能量分辨率達到2％，能夠很好地分辨5.15MeV和5.47MeV的α粒子。實驗同時證明磁分析系統(tǒng)設計是合理的，建立的模擬計算程序為帶電粒子分析提供了可靠的依據(jù)，為下一階段的反沖質(zhì)子實驗研究提供了良好的實驗基礎。
　　結(jié)合磁分析系統(tǒng)的實際性能，對MPR譜儀的參數(shù)設置和相應