用于脉冲 D--T 融合产量的磷化硅活化 Cerenkov 探测器

我们展示了一种用于脉冲 D--T 融合系统的紧凑型、无毒、低成本中子产量诊断器，利用未掺杂的磷化硅 (SiO$2$) 棒作为活化靶和 Cerenkov 辐射体。D--T 中子 (14.1 MeV) 激活 $^{28}$Si 和 $^{16}$O 产生短命的 $^{28}$Al ($T_{1/2}=134,\mathrm{s}$) 和 $^{16}$N ($T_{1/2}=7.13,\mathrm{s}$)。产生的 $\beta^-$ 粒子超过 Cerenkov 阈值，产生可被快速光子倍增管检测的 UV--可见光。尺寸为 $6,\mathrm{in}\times1,\mathrm{in}$ (长度 $\times$ 直径) 的 SiO$_2$ 棒与 CAEN DT5730 数字采集器通过列表模式和数字脉冲处理相光耦合读取。脉冲后计数率通过固定 $^{16}$N 和 $^{28}$Al 半衰期及背景项拟合，以推断中子 fluence。测试于 ZEUS D--T 稠密等离子体聚焦，建立了参考校准并与氟钕校准的银活化探测器一致。距离 D--D 稠密等离子体聚焦的测量显示无活化信号，确认 D--T 选择性。该诊断器在脉冲后数分钟内实现脉冲到脉冲的产量测量，正在部署于 Helion Energy 第七号融合原型机Polaris 上。