Спектрометр HRNS будет установлен за толстой бетонной защитной стеной, окружающей камеру синтеза.
Вакуумная камера ИТЭР (слева) и конструкция нейтронного спектрометра высокого разрешения HRNS (справа).
ИТЭР/ИФЖ ПАН
Учёные почти завершили разработку нейтронного спектрометра высокого разрешения (HRNS). Система будет использоваться для измерения количества и энергии нейтронов, испускаемых плазмой, во всём диапазоне термоядерной мощности, ожидаемой для реактора ИТЭР.
Исследовательская группа установила, что HRNS является одним из важнейших средств диагностики плазмы реактора ИТЭР, чья операционная роль заключается в нейтронном измерении отношения nt/nd в активной зоне плазмы. Сочетание с другими средствами диагностики реактора ИТЭР делает HRNS мощным инструментом для эффективной и точной диагностики плазмы.
Ученые также отметили, что сложность токамака ИТЭР влечет за собой множество переменных, которые до сих пор не считались имеющими первостепенное значение, например, магнитное поле или высокая температура в области детектора.
HRNS предоставляет информацию о пропорциях дейтерия, трития
«HRNS предоставляет нам информацию о пропорциях дейтерия и трития, изотопов водорода, которые соединяются внутри реакционной камеры», — говорит доктор Ян Данковски (IFJ PAN), первый автор статьи, описывающей спектрометр.
«Измерение популяции быстрых нейтронов, образующихся в двух доминирующих реакциях в плазме, является прямым индикатором состава топлива, температуры ионов и качества сгорания. В ИТЭР и будущих реакторах это станет ключевым инструментом для управления и оптимизации работы реактора».
Данковски подчеркнул, что отсутствие этой информации фактически будет означать потерю одного из важнейших инструментов диагностики плазмы, что существенно затруднит научные исследования на ИТЭР и безопасную эксплуатацию будущих энергетических реакторов.
Конструкция спектрометра является совместным проектом физиков и инженеров из Института ядерной физики Польской академии наук (IFJ PAN) в Кракове, Университета Уппсалы и Института науки и технологии плазмы в Милане и разработана в тесном сотрудничестве с организацией ИТЭР.
Ученые выяснили, что ядра изотопов водорода образуют плазму, которая, будучи электрически заряженной, может удерживаться изолированной от стенок магнитным полем внутри тороидальной вакуумной камеры реактора (такие реакторы называются токамаками).
Исследователи также отметили, что эта плазма должна быть дополнительно нагрета до температуры 150 миллионов кельвинов, что гарантирует нормальное протекание реакции. Высокоэнергетические нейтроны, образующиеся в процессе синтеза, будучи электронейтральными, устремляются к стенкам токамака, что позволяет рекуперировать большую часть вырабатываемой энергии (и в конечном итоге создавать тритий при столкновениях с литием).
Спектрометр HRNS, разделенный на четыре подузла
Исследовательская группа выявила, что для обеспечения работы спектрометра HRNS во всем диапазоне условий, ожидаемых в реакторе ИТЭР, его пришлось разделить на четыре независимых блока. Каждый из них представляет собой отдельный спектрометр, работающий на разных принципах и рассчитанный на разный диапазон интенсивностей нейтронного потока.
Физики из IFJ PAN разрабатывают первый подузел, называемый TPR (Thin-foil Proton Recoil). Здесь нейтроны выбивают протоны из тонкой полиэтиленовой фольги, а углы их рассеяния зависят от энергии нейтронов. За регистрацию протонов отвечают около 100 кремниевых детекторов. Второй подузел — это спектрометр NDD (Neutron Diamond Detector), в котором нейтроны регистрируются более чем десятком алмазных детекторов, говорится в пресс-релизе.
Последние два подузла, FTOF (время пролета вперед) и BTOF (время пролета назад), измеряют время пролета нейтронов и оценивают их кинетическую энергию на основе скоростей, определенных таким образом, причем FTOF анализирует нейтроны, сохраняющие направление движения, аналогичное первоначальному, а BTOF анализирует нейтроны, рассеянные под большими углами, по словам исследовательской группы.
Физики сообщили, что спектрометр HRNS будет установлен за толстой бетонной защитной стеной, окружающей камеру синтеза, рядом с отверстием диаметром в несколько сантиметров, чтобы регистрировать нейтроны, образующиеся в самом центре плазмы. В зависимости от мощности реактора его поток будет существенно варьироваться, достигая сотен миллионов частиц на квадратный сантиметр в секунду.
Sourse: interestingengineering.com
