用环形硅探测器的薄箔-箔反冲质子谱仪测量 DT 中子
等离子体物理
2019-05-22 v1 仪器与探测器
摘要
使用薄箔反冲质子（TPR）谱仪测量氘-氚（DT）聚变等离子体的中子此前已被研究，并且是一种成熟的中子能谱测量技术。本文所呈现的研究聚焦于由 dE 和 E 硅探测器构成的 TPR 谱仪配置的优化。此外，还研究了该谱仪在确定类 ITER 的 DT 等离子体燃料离子温度和燃料离子密度比方面的能力。为计算探测效率和能量分辨率随若干谱仪几何参数的变化，开发了一个 Python 代码。针对几何谱仪参数箔厚度、从箔到第一探测器的距离以及两探测器之间的距离，使用多目标优化（即帕累托图分析）对选定分辨率值下的探测效率进行了优化。此外，还研究了探测器分割对谱仪能量分辨率和效率的影响。该代码还给出了两种选定谱仪配置的响应函数。使用 SPEC 代码模拟了谱仪在确定燃料离子温度和燃料离子密度比 n_t/n_d 方面的性能。所呈现的结果包括选定谱仪配置及其计算的能量分辨率和效率。对于选定的 5% 谱仪分辨率，实现了约 0.003% 的最大效率。此外，探测器分割在 4.3% 能量分辨率下可使谱仪效率提升 20%。使用若干同类型 TPR 的组合以提升效率，可满足 ITER 在 100 ms 采样窗口内对 n_t/n_d 比确定 20% 精度和温度确定 10% 精度的要求。
引用
@article{arxiv.1902.07633,
title = {A Thin Foil-foil Proton Recoil Spectrometer for DT neutrons using annular silicon detectors},
author = {Benjaminas Marcinkevicius and Erik Andersson Sunden and Sean Conroy and Göran Ericsson and Anders Hjalmarsson},
journal= {arXiv preprint arXiv:1902.07633},
year = {2019}
}
备注
11 pages, 7 figures