铟活化诊断氘氘中子产额不确定度分析

介绍了铟活化诊断氘氘中子产额的测量原理,分析了中子产额测量不确定度的来源及评定方法。中子产额测量不确定度主要由灵敏度标定不确定度、活化射线净计数不确定度、立体角测量不确定度及测量系统的随机误差等构成。评估了灵敏度标定过程中加速器中子与聚变中子能量差异、大厅散射中子本底等因素对灵敏度标定的影响,并评估了宇宙射线本底对活化射线净计数测量的影响。分析了中子产额处于不同量级时起主要作用的不确定度分量,提出了减小灵敏度标定不确定度的方法。以实验数据为基础,对具体的实验数据进行了分析计算。结果表明:利用伴随粒子法在加速器中子源上标定出铟活化测量系统灵敏度的相对标准不确定度为4.3%。中子产额低于1010时,产额测量不确定度大于7%,活化射线净计数误差是产额测量误差的主要来源;产额大于1010时,测量不确定度好于7%,中子产额测量不确定度主要由灵敏度标定不确定度引起。     

神光Ⅲ主机双束组激光间接驱动内爆实验研究

在神光Ⅲ主机装置上,利用已经建成的两个激光束组,开展了激光间接驱动内爆物理磨合实验,是神光Ⅲ主机装置首次出中子实验。实验采用1400μm×2100μm黑腔,500μm的塑料靶丸充1 MPa的DD燃料,激光从黑腔两端55°注入。实验获得的最高中子产额为9.7×108。实验结果表明,实验黑腔的耦合效率约为50%;使用的黑腔偏长,靶丸被压缩为"薄饼形";中子产额和激光能量正相关;中子发射峰值时刻主要依赖于烧蚀层厚度。     

我国首次间接驱动内爆出中子实验成功

1990年10月中旬到11月底,中国工程物理研究院激光惯性约束聚变实验作业队在我国“神光”装置上,进行了以研究间接驱动内爆为主要目标的激光打靶实验。以可靠的诊断设备和重复的实验数据确认,两种间接驱动方式(辐射驱动和混合驱动)内爆出中子的实验均获得成功,其最高聚变中子产额分别达到:5×10~3中子/脉冲和3×10~5中子/脉冲。 实验采用中国工程物理研究院核物理与化学研究所研制的空腔靶,靶腔由金(Au)材料制成,腔内悬挂内充一定压力的氘氚气体玻璃微球,其氘氚含量比为1:1。     

氘氘中子产额铟活化诊断方法

提出了活化法测量DD中子产额的实验方法,该方法可提高DD中子产额测量的精度。方法基于铟同位素115In与DD中子的非弹性散射反应,活化反应释放的射线被HPGe探测器记录,根据活化系统标定灵敏度推算出中子产额。分析了探测器记录的活化射线数与中子产额间的关系。介绍了一套活化测量的系统设计。通过蒙特卡罗方法模拟了活化样品出射的射线数与样品厚度的关系,模拟结果表明:样品厚度取为1 cm可兼顾活化效率和测量精度。在加速器上对铟活化样品进行了标定实验,实验结果表明:在聚变中子产额大于2109的实验中可使用铟活化诊断方法,中子产额测量的相对标准误差在10%以内。随着聚变中子产额的不断提高,铟活化测量中子产额的精度可进一步提高。     

神光Ⅲ主机装置内爆中子和伽马辐射特性的数值模拟

采用三维中子-光子耦合输运蒙特卡罗程序JMCT,对神光Ⅲ主机靶场进行精细几何建模,使用该模型通过计算获得了DD内爆聚变中子及伽马射线在靶场环境的空间分布以及能谱和飞行时间谱。根据计算结果对散射中子和伽马射线的特性进行了讨论,并定量分析了散射中子噪声和伽马噪声分别对下散中子产额测量和高能X射线照相的影响。研究结果表明:必须进行有效的辐射屏蔽设计才能使下散中子产额测量和高能X射线照相的信噪比优于10。     

神光Ⅲ主机装置内爆中子和伽马辐射特性的数值模拟北大核心CSCD

采用三维中子-光子耦合输运蒙特卡罗程序JMCT,对神光Ⅲ主机靶场进行精细几何建模,使用该模型通过计算获得了DD内爆聚变中子及伽马射线在靶场环境的空间分布以及能谱和飞行时间谱。根据计算结果对散射中子和伽马射线的特性进行了讨论,并定量分析了散射中子噪声和伽马噪声分别对下散中子产额测量和高能X射线照相的影响。研究结果表明:必须进行有效的辐射屏蔽设计才能使下散中子产额测量和高能X射线照相的信噪比优于10。     

用于中子能谱测量的反冲质子磁谱仪

根据神光-Ⅲ原型内爆实验条件下初级中子能谱诊断的要求,提出了反冲质子磁谱仪原型的设计方案,并通过蒙特卡罗程序Geant4对设计方案进行了仿真模拟。该质谱仪的测量能区在6~30 MeV,测量产额范围大于1012,能够测量内爆实验的全中子能谱。模拟结果表明:设计的谱仪对于14 MeV的中子探测效率大于10-11,能量分辨达到1%,信噪比大于10,满足神光-Ⅲ原型装置内爆实验离子温度诊断的要求。     

利用气泡探测器测量激光快中子

在利用超强激光驱动中子源的研究和应用研究中,中子源的产额及其角分布至关重要.我们在星光Ⅲ号激光装置上采用气泡探测器对强激光驱动的中子源的产额及其角分布进行了测量.利用超强皮秒激光与碳氘薄膜靶相互作用产生高能氘离子束撞击次级碳氘靶,通过氘-氘核反应产生准单能快中子.实验发现中子束的发射具有一定的方向性,在入射氘离子的传输方向上中子束具有更高的强度,测量得到的中子束最大强度为5.13×10⁷ n/sr.利用实验测量的氘离子能谱和角分布对中子束角分布进行了理论计算,结果与实验测量基本一致.     

靶室散射对ICF中子产额用铅活化法测量准确性的影响

 通过用MCNP4B程序计算在铅样品中的来源于靶室散射中子的注量和来源于未经靶室散射的源中子注量，结合由ENDF/B-Vi评价数据库给出的中子铅活化核反应截面，得到了在铅样品周围存在不同屏蔽材料时，神光Ⅱ靶室散射对聚变中子产额用铅活化法测量准确性影响小于1‰的结果。     

基于纯冲击波聚心的准一维氘氘内爆物理实验

在神光Ⅲ原型装置上利用八路6400J/1ns激光注入1100μm×1850μm的黑腔内产生210eV的高温辐射场,均匀辐照填充氘氘燃料的靶丸实现内爆。实验中选择高气压薄壳靶丸实现纯冲击波聚心内爆。通过闪烁体探测器、中子条纹相机等多套诊断设备获取了中子产额、聚变反应时刻等关键内爆参数。结合一维数值模拟表明,实验测量的中子产额与干净一维数值模拟计算的中子产额之比达到90%;同时通过人为破坏内爆对称性等方式表明,该设计下内爆中子产生机制集中于冲击波聚心,其内爆性能受到高维因素影响极低,从而实现了准一维内爆。     

ICF中子产额测量中统计涨落分析及计算

 塑料闪烁探测器通常用来测量氘氘、氘氚聚变中子产额。中子在闪烁体中产生的质子数的统计涨落及质子在闪烁体中沉积能量的统计涨落为测量结果引入了两项不确定度分量。以氘氚聚变中子为例,分析了这两种统计涨落的概率密度函数的计算方法,该计算方法也适用于其它能量的单能快中子和塑料闪烁体作用的相应计算。     

利用整形激光脉冲压缩薄膜靶得到中子源

研究了整形激光脉冲对冰冻氘氚靶的压缩。通过数值分析,发现利用分步激光产生的系列激波压缩氘氚靶可以获得较高密度和较低温度的等离子体靶。初始激光强度的选取将影响到压缩后的等离子体密度,继而影响到产生中子的数量。通过调节初始激光强度可以使压缩后的氘氚靶温度处在反应率比较高的范围内,从而得到优化结果。当初始归一化激光振幅为0.5,最终为32时,压缩后的氘氚靶密度可达到18416倍的临界密度,温度达到16 keV,每焦耳入射激光能量可得到109个中子,这个中子产额比现有其他方法所得到的中子产额大4个数量级。     

神光Ⅲ主机装置首次间接驱动内爆集成实验

基于新建成的神光Ⅲ主机装置开展了首次激光间接驱动内爆集成实验。国内首次采用多环脉冲整形激光注入黑腔产生X光辐射驱动内爆,通过优化激光打靶参数控制驱动不对称性,演示了以惯性压缩为主、收缩比约15倍的DT靶丸内爆实验能力, 实现了准一维的高静产额(YOC)和高中子产额的物理指标;其中,真空黑腔DT靶丸最高中子产额为1.91012,YOC达到60%;充气黑腔DT靶丸最高中子产额为2.41012,YOC大约70%。该实验为未来开展多台阶整形辐射驱动、更高倍数收缩比的高压缩内爆综合实验、验证点火靶物理设计和关键调控措施有效性奠定了基础。     

塑料闪烁探测器氘氚中子灵敏度标定

为了测量ＬＦ－１２装置激光聚变Ｄ－Ｔ中子产额，我们通过ＮＳ－２００加速器和脉冲中子管对实验所用几个塑料闪烁探测器的Ｄ－Ｔ中子灵敏度进行了标定，给出了各探测器在不同条件下的Ｄ－Ｔ中子灵敏度值。加速器和脉冲中子管两种方法的测量误差分别为±１３％和±５０％，两种标定结果在误差范围内是一致的。     

50MeV/u 18O离子轰击Be、Cu和Au厚靶的中子产额和中子发射率

用阈探测器中子活化法测量了50MeV/u ¹⁸O离子轰击Be.Cu和Au厚靶的总中子产额和前向中子发射率. 实验结果表明,中子产额对靶核原子序数有一定的依赖性,较轻靶子的中子产额和中子发射率高于较重的靶子;当靶核(Cu)和入射离子单核能(50MeV)相同时,¹⁸O离子的中子产额约为¹²C离子的4倍.     

用于DPF装置中子测量的闪烁体探测器

 介绍了一种用于等离子体焦点装置(DPF装置)中子波形测量的塑料闪烁体探测器，该探测器由ST401型塑料闪烁体、XP2262B型光电倍增管构成。利用银活化中子探测器和DPF装置对该塑料闪烁体探测器进行标定，确定其中子灵敏度为0.022 5 pC每中子，，中子产额测量范围达到10⁹～10¹¹每脉冲，可以满足DPF装置中子参数测量的需要。     

激光驱动内爆低产额中子探测

采用新研制的BF_3计数管阵列测量激光驱动(包括间接驱动和混合驱动)充DT玻璃微球靶内爆中子产额。着重介绍BF_3计数管阵列的设计及特点,高压门电路的研制和1990年在上海“神光”装置上的测量结果。     

8路神光Ⅱ装置在基频和三倍频条件下工作研究进展

 简要描述在神光Ⅱ装置上进行的部分物理实验，为神光Ⅱ激光装置提供光学性能指标。神光Ⅱ激光装置已经能在三倍频、外转换效率高于60%的条件下常规输出三倍频能量。穿孔实验表明，蓝光(3w₀)的光束质量，特别是远场旁瓣分布质量，甚至于要好于红光(1w₀光)。用100ps脉冲宽度的红光输出打爆推内爆的氘氚球靶，获得单发最高中子产额4×10⁹个。基频线聚焦打靶，获得类Ni银X光激光饱和输出，并成功应用于激光等离子体密度测量，观测到莫尔条纹移动。     

D-T中子诱发贫化铀球壳内裂变率分布实验

中子诱发裂变反应率是表征和检验中子在材料中的输运、裂变放能等过程的重要物理量.贫化铀球壳裂变反应率径向分布数据,可为铀核数据宏观检验及研究裂变放能与贫化铀球壳厚度的关系提供数据支持.本文设计了内径为13.1 cm,外径分别为18.10,19.40,23.35,25.40,28.45 cm的五种不同厚度的贫化铀球壳组合装置;利用位于球壳中心的氘氚中子源轰击贫化铀球壳装置,中子产额约为3×10~(10)—4×10~(10)s~(-1);在"赤道"平面与入射氘束成45°方向测量裂变反应率随径向分布的情况.为了克服裂变室和俘获探测器等自身对模型和中子场的扰动,本文选择与装置材料相同的贫化铀材料作为活化探测器,以活化探测器中的裂变碎片143Ce发射的γ射线作为测量对象,通过HPGe探测器测量的γ射线数,基于~(143)Ce裂变产额数据反推裂变反应率.通过实验获得了贫化铀球壳内的裂变率及其径向分布规律,裂变反应率和相对标准不确定度分别位于5.28×10~(-29)—7.58×10~(-28)之间和6%—11%之间.基于蒙特卡罗程序和ENDF/BVI.8数据库完成了模拟计算,并与实验结果进行了对比分析,两者在不确定度范围内一致.     

反冲质子磁分析技术用于氘氚中子能谱测量研究

介绍了一种基于反冲质子法和磁分析技术的氘氚聚变诊断方法, 适用于稳态及脉冲条件下的等离子体温度、燃料密度和中子产额的精确诊断. 设计了小型的原理性装置, 磁分析器使用高性能钕铁硼二极永磁铁, 焦平面上使用CR-39固体径迹探测器或PIN探测器测量质子位置分布. 使用²³⁹Pu α 源对磁分析器进行了实验标定, 建立了配套的模拟程序. 利用蒙特卡罗方法模拟分析了装置整体性能, 并在K-400加速器上进行了中子实验研究.