Способ измерения электронной температуры термоядерной плазмы



Способ измерения электронной температуры термоядерной плазмы
Способ измерения электронной температуры термоядерной плазмы
Способ измерения электронной температуры термоядерной плазмы
Способ измерения электронной температуры термоядерной плазмы
Способ измерения электронной температуры термоядерной плазмы
Способ измерения электронной температуры термоядерной плазмы
Способ измерения электронной температуры термоядерной плазмы
Способ измерения электронной температуры термоядерной плазмы

 


Владельцы патента RU 2502063:

Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" (RU)

Изобретение относится к физике высокотемпературной плазмы и может найти применение в управляемом термоядерном синтезе. Сущность изобретения заключается в том, что способ измерения электронной температуры термоядерной плазмы, включающий операции, заключающиеся в том, что поток рентгеновских квантов из установки пропускают через средства детектирования, включающие фильтрующие элементы, причем в качестве средств детектирования используют две низковольтные ионизационные камеры (НИК), на входе одной из которых помещают алюминиевый фильтрующий элемент, который выполняют толщиной 10-20 мкм, сигналы с НИК подают на один общий анод, при этом на катоды одной из НИК подают постоянное смещение величиной +15 B, а на другую - переменное напряжение - меандр амплитудой ±15 B и полученные сигналы используют для определения показателей прозрачности фильтра для излучения данного спектрального состава для соотнесения с определяемой температурой термоядерной плазмы. Технический результат - упрощение конструкции и повышение надежности измерения. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к физике высокотемпературной плазмы и может найти применение в управляемом термоядерном синтезе, для исследований физики космической плазмы, для исследований рентгеновского излучения от различных источников, при разработке диагностических приборов для управляемого термоядерного синтеза.

Известен способ измерения функции электронной температуры плазмы методом фильтров, описанный в работе Jahoda, F.C., Little, Е.М., Quinn, W.E., Sawyer, G.A., Stratton, T.F. Phys. Rev., v.119, p.843, 1960.

Недостатком известного способа является то, что в нем используются по крайней мере два измерительных канала, имеющих два детектора и два усилительных устройства. В настоящее время для усиления сигнала обычно применяются полупроводниковые усилители. Применение таких усилителей вблизи термоядерного устройства, которое является источником мощного нейтронного и гамма излучения, исключено из-за того, что такое излучение выводит полупроводниковые элементы из строя за очень короткое время. Еще одним недостатком известного способа является то, что измерительная аппаратура обоих каналов должна иметь строго одинаковые характеристики.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ, использованный для измерения электронной температуры плазмы, описан в работе V. Weinzettl, V. Piffl, J. Badalec, Electron Temperature Measurement on the CASTOR Tokamak by the Absorber-foil Method, serwer.ipp.cas.cz/~vwei/work/foil.pdf. В описанном методе для детектирования сигналов применялись или два поверхностно-барьерных диода или два каналтрона, входы в которые закрывались AL или Be фильтрами разной толщины. Возможность использования каналтронов на термоядерных установках весьма проблематична.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом способе для регистрации рентгеновского излучения из плазмы применяются два измерительных канала конструктивно размещенных в одном детекторе, состоящем из двух одинаковых Низковольтных Ионизационных Камер (НИК) (Ю.В. Готт, М.М. Степаненко, Низковольтная ионизационная камера для установки ИТЭР, Приборы и техника эксперимента, №2, стр.117, 2009), на входе одной из которых устанавливается Al фильтр толщиной 10 или 20 мкм, отличия, в частности, состоят в том, что аноды обеих камер соединены между собой, что позволяет использовать один усилитель сигнала. Величина сигнала такого детектора достаточна для его транспортировки за биологическую защиту термоядерной установки. Кроме того, малое рабочее напряжение НИК позволяет использовать описанную в упомянутой выше работе систему компенсации наводок.

Техническим результатом предложенного изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности измерения электронной температуры плазмы в термоядерном реакторе за счет использования для регистрации рентгеновского излучения термоядерной установки двух Низковольтных Ионизационных Камер, на входе одной из которых помещается Al фильтр толщиной 10 или 20 мкм и аноды которых соединены между собой.

Указанный технический результат обеспечен предложенной совокупностью существенных признаков.

Способ измерения электронной температуры термоядерной плазмы, включающий операции, заключающиеся в том, что поток рентгеновских квантов из установки пропускают через средства детектирования, включающие фильтрующие элементы,

при этом

в качестве средств детектирования используют две низковольтные ионизационные камеры (НИК), на входе одной из которых помещают алюминиевый фильтрующий элемент, который выполняют толщиной 10-20 мкм, сигналы с НИК подают на один общий анод, при этом на катоды одной из НИК подают постоянное смещение величиной +15 В, а на другую - переменное напряжение - меандр, амплитудой ±15 В и полученные сигналы используют для определения показателей прозрачности фильтра для излучения данного спектрального состава для соотнесения с определяемой температурой термоядерной плазмы,

причем

диапазон измерения электронной температуры термоядерной плазмы регулируют подбором толщины и материала фильтра, при этом для измерения температуры в диапазоне 0.5-5 кэВ используют алюминиевый фильтр толщиной 10-12 мкм., а для измерения температуры в диапазоне 5-20 кэВ используют алюминиевый фильтр толщиной 17-20 мкм.

Для достижения технического результата в способе измерения электронной температуры термоядерной плазмы изготавливается детектор, принципиальная схема которого изображена на Фиг.1. На входе НИК-2 размещается Al фильтр толщиной 10 или 20 мкм. Толщина фильтра зависит от измеряемой температуры и, вообще говоря, подбирается опытным путем.

Внешний вид детектора представлен на Фиг.2.

/Женское кольцо помещено на рисунке в качестве «масштабирующего» элемента./

Каждая из НИК имеет несколько плоских электродов, установленных на расстоянии 3 мм друг от друга. Диаметр детектора - 60 мм и его длина - 65 мм. Аноды обеих НИК соединены между собой.

Вольт-амперная характеристика каждой из НИК приведена на Фиг.3. Как видно из этого рисунка, вольт-амперная характеристика симметрична относительно знака приложенного потенциала, что является принципиальным для описываемого метода. Режим «плато» достигается при потенциале, превышающем 10-15 В.

Предлагаемый метод фильтров основан на том факте, что отношение сигналов с двух детекторов просматривающих плазму вдоль одной и той же хорды в том случае, когда вход в один из детекторов закрыт фильтром, зависит, в основном, от максимальной температуры плазмы на данной хорде. Величина этой температуры может быть определена из сравнения экспериментальных и теоретических данных. Обычно такой метод применяется для определения электронных температур превышающих несколько сот электронвольт.

В данном методе на одну из НИК подается потенциал +15 В, а на другую-меандр ±15 В с импульсами длительностью 10-20 мс.

Если на обеих НИК потенциал одного знака, то анодный ток равен сумме токов с обеих НИК (НИК-1 (I1=I) и НИК-2 (I2=ηI)

где η - коэффициент пропускания фильтра.

Коэффициент пропускания фильтра определяется из соотношений (1) и (2)

Для калибровки прибора было использовано излучение рентгеновской трубки с вольфрамовым анодом. Рабочий потенциал на трубке изменялся от 5 до 50 кВ.

Функция распределения по энергиям в потоке фотонов из трубки, падающих на вход детектора, имеет вид

где U0 - потенциал на трубке, ηВе=exp(µBedBe) - поглощение излучения в бериллиевом окне трубки, µВе линейный коэффициент поглощения в Be, dBe - толщина окна. Если толщина Al фильтра составляет dAl и расстояние между детектором и трубкой составляет dAir, то сигнал с НИК-1 будет пропорционален величине

А сигнал с НИК-2

где feff - эффективность регистрации рентгеновских квантов, µAir è µAl - линейные коэффициенты поглощения в воздухе и Al.

Величины пропускания для dAl=20 µm и dAl=40 µm представлены на Фиг.4. На этом рисунке точки - экспериментальные значения, а кривые рассчитаны для

Функция распределения по энергия рентгеновского излучения плазмы, попадающего на вход детектора имеет вид

Обычно, рентгеновское излучение плазмы попадает на детектор через Be окно толщиной d и расстояние между окном и детектором составляет dA. В этом случае, сигнал с НИК-2 после Al будет пропорционален величине

Используя приведенные соотношения можно определить зависимость температуры плазмы от линейного коэффициента поглощения. Это соотношение изображено на Фиг.5. Из этого рисунка видно, что если температура плазмы составляет 1.5 кэВ, то через Al фильтр толщиной 10 мкм проходит 36% излучения, а через 20 мкм - 19%. Расстояние от выхода из установки до детектора 10 см.

Так как, энергетический спектр фотонов из трубки и плазмы различаются, то при измерениях на плазменной установке нужно измерить значение feff in situ. Для этого нужно провести измерения в одном и том же режиме работы установки с фильтрами различной толщины и определить эту величину.

1. Способ измерения электронной температуры термоядерной плазмы, включающий операции, заключающиеся в том, что поток рентгеновских квантов из установки пропускают через средства детектирования, включающие фильтрующие элементы, отличающийся тем, что в качестве средств детектирования используют две низковольтные ионизационные камеры (НИК), на входе одной из которых помещают алюминиевый фильтрующий элемент, который выполняют толщиной 10-20 мкм, сигналы с НИК подают на один общий анод, при этом на катоды одной из НИК подают постоянное смещение величиной +15 В, а на другую - переменное напряжение - меандр, амплитудой ±15 В и полученные сигналы используют для определения показателей прозрачности фильтра для излучения данного спектрального состава для соотнесения с определяемой температурой термоядерной плазмы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диапазон измерения электронной температуры термоядерной плазмы регулируют подбором толщины и материала фильтра, при этом для измерения температуры в диапазоне 0.5-5 кэВ используют алюминиевый фильтр толщиной 10-12 мкм, а для измерения температуры в диапазоне 5-20 кэВ используют алюминиевый фильтр толщиной 17-20 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике. Сущность изобретения: в способе диагностики полупроводниковых эпитаксиальных гетероструктур, включающем сканирование образца в условиях брэгговского отражения в пошаговом режиме, производимом путем изменения угла падения рентгеновского луча, использование рентгеновской однокристальной дифрактометрии с немонохроматическим, квазипараллельным пучком рентгеновских лучей и позиционно-чувствительным детектором, рентгеновскую трубку и детектор устанавливают относительно углового положения характеристического пика θ от одной из систем кристаллографических плоскостей гетероструктуры на угол θ1=θ±(0.5°÷4°), по отклонению положения интерференционного пика тормозного излучения на шкале детектора от угла падения рентгеновского луча определяют погрешность положения образца, с учетом полученной погрешности независимым перемещением устанавливают трубку в положение Δθ, при котором ось симметрии между трубкой и детектором перпендикулярна к выбранной системе кристаллографических плоскостей, при таком положении трубки проводят пошаговое сканирование в диапазоне углов, характеризующих выбранную систему кристаллографических плоскостей, независимым перемещением устанавливают трубку на угол Δθ1=Δθ±(0.2°÷1°), выводя максимум тормозного пика за границы характеристического пика, затем проводят пошаговое сканирование всех слоев гетероструктуры, оставляя неизменным угловое положение характеристического пика от системы кристаллографических плоскостей путем перемещения шкалы детектора, и определяют угловые положения пиков от всех слоев гетероструктуры.

Изобретение относится к способу изготовления вала для турбины и/или генератора посредством сварного соединения и к валу, изготовленному упомянутым способом. Осуществляют удаление по меньшей мере с одной стороны основной ограничивающей круговой поверхности соответственно одной центральной части соответствующего элемента (5) вала относительно оси вращения (2) для получения соответственно одной открытой полости (11) по меньшей мере в одном цилиндре (3) в пределах оставшегося трубообразного ребра (13).

Изобретение относится к неразрушающим методам определения количественного состава полимерных композиционных материалов, в частности к определению величины содержания связующего и наполнителя при пропитке волокнистого длинномерного материала связующим, и может найти применение в авиационной, судостроительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к технике обнаружения взрывчатых веществ, в частности к системам обнаружения и идентификации взрывчатых веществ на входе в здание, и может быть использовано для обнаружения взрывчатых веществ в различных закрытых объемах и на теле человека, находящегося в местах массового скопления людей.

Изобретение относится к технике высоких давлений и может быть использовано для разнообразных научных исследований, в частности для изучения состояния вещества при сверхвысоких давлениях и температурах в связи с реконструкцией строения глубинных частей Земли, а также для изучения фундаментальных физических свойств вещества.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к способам определения электрофизических параметров искусственных киральных материалов, применяемых при изготовлении отражающих покрытий, волноведущих и излучающих структур СВЧ-диапазона.

Изобретение относится к области радиационной техники, а именно к способам бесконтактного контроля технологических параметров различных производственных процессов, например измерения уровня или плотности веществ в различных емкостях, основанным на определении изменения интенсивности потока ионизирующего излучения после его взаимодействия с контролируемым веществом.

Изобретение относится к области анализа материалов радиационными методами и может быть использовано для определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах непосредственно в технологических трубопроводах на потоке.

Изобретение относится к устройству для исследования заполненных сосудов на наличие инородных тел, таких как осколки стекла, с транспортирующим устройством для транспортировки сосудов по отдельности последовательно друг за другом в один ряд в плоскости транспортировки, с источником рентгеновских лучей для испускания рентгеновского луча в заданном направлении и с устройством приема рентгеновских лучей после прохождения через сосуды.

Изобретение относится к винодельческой промышленности и может быть использовано, в частности, при производстве шампанских вин. Регулирование распределения температуры в цилиндрическом резервуаре с виноматериалом, имеющем снаружи "рубашку" с циркулирующим в ней хладоносителем по замкнутому контуру, включающем вентиль, управляемый электроприводом, компрессор и соединяющие их и "рубашку" трубопроводы, осуществляют путем измерения в центре резервуара температуры виноматериала.

Изобретение относится к винодельческой промышленности и может быть использовано, в частности, при производстве шампанских вин. Регулирование распределения температуры в цилиндрическом резервуаре с виноматериалом, имеющем снаружи "рубашку" с циркулирующим в ней хладоносителем по замкнутому контуру, включающем вентиль, управляемый электроприводом, компрессор и соединяющие их и "рубашку" трубопроводы, осуществляют путем задания требуемой температуры хладоносителя в «рубашке» резервуара, для чего измеряют в центре резервуара температуру виноматериала.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в медицинских целях для измерения температуры тела пациентов. Заявлен электронный термометр, в котором состояние контакта с человеческим телом может подтверждаться с помощью простой, удобной для сборки конфигурации.

Изобретение относится к микроволновой радиометрии и может использоваться в радиотермографии для измерения глубинных (профильных) температур объектов по их собственному радиоизлучению.

Изобретение относится к области медицины, а именно к устройствам и способам для определения температурных изменений внутренних тканей биологического объекта, и может быть использовано для неинвазивного раннего выявления риска рака.

Изобретение относится к энергетике, в частности к датчикам температуры, используемым в газогорелочных устройствах для сжигания газа в котлах наружного размещения, и может быть использовано в бытовых газовых аппаратах для автоматического поддержания температуры.

Изобретение относится к области медицины и медицинской техники, а именно к методу радиотермографии, основанному на неинвазивном выявлении температурных аномалий внутренних тканей биологических объектов путем измерения интенсивности их собственного электромагнитного излучения.

Изобретение относится к области медицинской техники, в частности к ушным термометрам, имеющим сбрасывающее приспособление колпачка. .

Изобретение относится к области измерительной техники и направлено на создание термометра, который обеспечивает функцию мебели для сидения. .

Изобретение относится к области медицины, а именно к устройствам для выявления температурных аномалий внутренних тканей биологического объекта, и может быть использовано для неинвазивного раннего выявления риска рака. Антенна-аппликатор содержит отрезок первого волновода, частично или полностью заполненный диэлектриком, имеющий один закрытый конец и противоположный открытый конец, контактирующий с биологическим объектом, первую систему возбуждения электромагнитных волн, расположенную в первом волноводе между закрытым концом первого волновода и диэлектриком, соединенную с первым входом микроволнового радиотермометра, отрезок второго волновода, частично или полностью заполненный диэлектриком, имеющий один закрытый конец и противоположный открытый конец, контактирующий с биологическим объектом, находящийся внутри первого волновода, а также вторую систему возбуждения электромагнитных волн, расположенную во втором волноводе между закрытым концом второго волновода и диэлектриком, соединенную со вторым входом микроволнового радиотермометра. Устройство для определения температурных изменений помимо антенны-аппликатора содержит также вычислительное устройство, связанное с датчиками температуры и микроволновым радиотермометром. Использование изобретения позволяет повысить чувствительности метода радиотермометрии при выявлении злокачественных опухолей.2 н. и 13 з.п. ф-лы, 12 ил.
Наверх