紧凑型磁质子反冲谱仪磁分析系统的能量刻度

2011-09-18祁建敏蒋世伦彭太平

原子能科学技术 2011年7期

祁建敏，周林，蒋世伦，彭太平

（1.清华大学工程物理系，北京 100084；2.中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳 621900）

聚变反应产生的中子能谱携带等离子体中心区域的重要信息，如离子温度和聚变功率等［1－3］。中子能谱诊断方法作为聚变等离子体诊断和研究的一种重要工具，需具有高能量分辨率、高探测效率、高信噪比（SNR）等性能的中子谱仪［4］。

磁质子反冲（MPR）谱仪是测量ICF装置和高功率托卡马克装置聚变中子能谱的一种新型高性能诊断仪器，能够以高能量分辨率、高计数率和很高的信噪比精确测量中子能谱，也可进行中子产额的绝对测量。JET于1996年建成世界上第1台MPR谱仪，对氘氚（DT）中子的能量分辨率达到2.5%，探测效率约为5×10－5［5－6］。目前，该谱仪已进一步升级，大幅提高了谱仪的信噪比，并可同时测量DT和DD中子能谱。OMEGA和NIF共同设计和建造的磁反冲谱仪（MRS）也已投入使用［7－8］，能量分辨率约为3%，探测效率在10－9量级。

目前，一种用于多种特定环境下脉冲DT聚变中子能谱研究的紧凑型MPR谱仪正在研制中，期望能在给定能量分辨率（对14MeV中子约为4%）和信噪比（10∶1）条件下，获得尽可能高的探测效率（＞10－8）。磁分析系统是谱仪主体，本工作通过三维粒子输运和蒙特卡罗模拟对磁分析系统的性能进行分析，使用CR－39径迹探测器和单能α粒子对系统进行能量刻度。