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1、HL-1M托卡马克中的中子通量和辐射剂量测量杨进蔚宋先瑛李旭张炜(核工业西南物理研究院,成都610041)摘要:用五台带有慢化剂(聚乙烯)的BF3正比计数管中子探测器测中子通量和剂量当量,其中四台置于HL-1M装置的四周,分别测量了在氘等离子体条件下,因欧姆加热和波加热产生的热核聚变中子产额,中子通量和剂量,以及氢等离子体条件下因高能X射线引起的光致核反应而产生的光致中子。另一台流动于其它6个观察点,主要监测中子剂量当量。在D-D聚变条件下,实测中子产额与计算值作比较,两者在数量级上大体一致。基金项目:国家自然科学基金(1075
2、012);核工业西南物理研究院人才再培养基金。11.引言2.实验安排及测量仪器+2.Li7+α79Mev(a)Li*7+α+2.31Mev(b)Li*7→Li7+γ+480KevBF3工作电压为+2000V,输出脉冲高度为十几毫伏,经前置放大器(10倍)、主放大器(30倍)、甄别器、成型电路等模块组成的电子学线路输出幅度为20mA、0.15ms脉宽的电流脉冲。探测器对中子的能量响应范围为:0.2eV~5MeV;探测器灵敏度:17.0±0.3cps/n•cm-2•s;量程范围:2×10-2~20n/cm2•s。其核过程为:10B+
3、n在氘等离子中,在欧姆和波加热条件下热核聚变中子产额为[1]:其中:dVp=r(R0-rcosθ)dθdφdr<σvDD>的估算可由Gamow方程表示为离子温度的函数。S2=(R0+d)2+R02-2(R0+d)R0cosβ图3.7515次放电D-D聚变中子的测量值(▲)和根据密度、温度测量得到的概算值(■)。4.图4.光致中子的通量测量,▲是第一道的测量结果,■■是第二道的测量结果,其它等离子体参数符号号同于图2。中子辐射允许剂量国际标准:允许剂量当量(MPD)最大值50msv/年国家标准:100msv/5年累计本院标准:5m
4、sv/年中子剂量测量,D+等离子体,D-D聚变中子剂量测量(a)H+等离子体,光致中子剂量测量(b).■距等离子体芯部3m;○距等离子体芯部4m远结论与讨论我们用五台品质及参数完全相同的BF3正比计数管测量了D-D聚变中子和光致中子的通量和剂量当量,用实验数据估算了7515次放电的D-D聚变中子产额,峰值为1.5×108/s,比计算值高出2倍。可能的原因在于,BF3探测器测到的中子通量之中,其中部份不是来自因D-D聚变产生的中子环,部分散射中子进入了探测器;其次是不能完全排除硬X射线和γ射线的影响。但考虑到所使用的BF3正比计数
5、管的脉冲宽度较宽,计数率低的特点,漏计的可能性是存在的,经抵销后,有理由怀疑等离子体参数,特别等离子体的电子密度和离子温度测量值偏低。剂量当量测量表明:即使按每次放电最大的累积剂量当量评估,年中子积累剂量不起过0.15msv,低于本院的标准5msv/年水平,中子辐射剂量当量在安全范围之内。本文建议HL-2A托卡马克高功率放电时,若中子产额达到1011中子/s时,应考虑加盖特别的中子屏蔽层。BF3正比计数管中子探测器虽然生产厂家承诺对硬X射线和γ射线不敏感,但在技术层面上不能完全排除,因此在HL-2A托卡马克的中子通量和产额测量将
6、改为更为精确的裂变室探测器组合[5]和活化分析法测量聚变中子通量、产额和聚变功率。
