大陣列中子探測(cè)器時(shí)序控制器研制.pdf

1、高溫高密度熱核點(diǎn)火是ICF研究的核心問(wèn)題。根據(jù)勞森判據(jù)，激光聚變過(guò)程中，燃料面密度<ρR>≥0.4/cm<'2>時(shí)才有可能實(shí)現(xiàn)熱核點(diǎn)火。因此，隨著ICF研究的日益深入，<ρR>的診斷變得越來(lái)越重要?！吧窆猗蟆痹蛯⒅饕M(jìn)行二維效應(yīng)非對(duì)稱內(nèi)爆，這種條件下的中子產(chǎn)額是很低的?？紤]到制備氚靶昂貴的價(jià)格和安全性，無(wú)論是國(guó)際上進(jìn)行的內(nèi)爆實(shí)驗(yàn)還是將來(lái)在“神光Ⅲ”原型上進(jìn)行的內(nèi)爆實(shí)驗(yàn)，都是以充純氘燃料為主，這種條件下的中子產(chǎn)額更低，“神光Ⅲ”原型上進(jìn)

2、行的內(nèi)爆實(shí)驗(yàn)，估計(jì)次級(jí)中子產(chǎn)額只有10<'5>-10<'6>。通過(guò)測(cè)量充純氘燃料靶丸的次級(jí)中子能譜，可以給出高壓縮狀態(tài)下的<ρR>。同時(shí)，通過(guò)次級(jí)中子能譜，還能分析影響ICF內(nèi)爆的各種物理過(guò)程，達(dá)到了解各種內(nèi)爆中靶丸的壓縮程度、燃料的燃燒情況和優(yōu)化各種靶及黑腔的設(shè)計(jì)的目的。為了在這樣低的中子產(chǎn)額條件下獲得離子溫度T<,1>和<ρR)，需要建立一套大面積中子探測(cè)器陣列測(cè)量中子的飛行時(shí)間譜。大面積中子探測(cè)器陣列系統(tǒng)目前兒乎是國(guó)際上使用的唯一

3、探測(cè)手段，已成為診斷T<,1>和<ρR>的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。美國(guó)、日本和英國(guó)都在進(jìn)行這種技術(shù)的研究，并建造了兒套探測(cè)器陣列系統(tǒng)。 在“神光Ⅲ”原型上進(jìn)行的ICF實(shí)驗(yàn)對(duì)大面積中子探測(cè)器陣列的探測(cè)指標(biāo)要求為：其次級(jí)DT中子探測(cè)水平達(dá)到4×10<'5>，中子飛行時(shí)間譜時(shí)間分辨對(duì)應(yīng)的中子能量分辨(FWHM)達(dá)到90ke V。根據(jù)這些要求，結(jié)合“神光Ⅲ”原型裝置實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的條件，并參考國(guó)外ICF實(shí)驗(yàn)裝置中大面積中子探測(cè)器陣列的設(shè)計(jì)和達(dá)到的性能指標(biāo)，

4、可以計(jì)算出“神光Ⅲ”原型的大面積中子探測(cè)器陣列的規(guī)模為：960個(gè)通道、飛行距離16.67米、DT中子探測(cè)效率約為20％1同時(shí)要求大面積中子探測(cè)器陣列測(cè)得的中子飛行時(shí)間譜總的時(shí)間分辨要求達(dá)到1.0ns，其中，對(duì)電子學(xué)系統(tǒng)總體時(shí)間分辨更是要求達(dá)到100ps。 由于“神光Ⅲ”原型的控制、測(cè)量及數(shù)據(jù)采集設(shè)備大多是基于標(biāo)準(zhǔn)VME機(jī)箱而設(shè)計(jì)為了能實(shí)現(xiàn)中子探測(cè)器陣列與ICF實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的無(wú)縫對(duì)接，同時(shí)保證系統(tǒng)有較高的可靠性、較強(qiáng)的互

5、換性和可維護(hù)性，其電子學(xué)系統(tǒng)將基于VME 6U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱來(lái)設(shè)計(jì)。中子探測(cè)器陣列的復(fù)雜的電子學(xué)系統(tǒng)被劃分為幾個(gè)測(cè)量模塊，每個(gè)模塊都只需要實(shí)現(xiàn)某一個(gè)或幾個(gè)功能，幾個(gè)模塊連接起來(lái)，就能組成一套完整的測(cè)量系統(tǒng)。 在“神光Ⅲ”原型上進(jìn)行ICF內(nèi)爆，會(huì)產(chǎn)生x射線、謝線、初級(jí)中子和次級(jí)中子等粒子。此外，在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)時(shí)，宇宙射線也會(huì)進(jìn)入閃爍體，對(duì)電子學(xué)系統(tǒng)的測(cè)量產(chǎn)生干擾，使得電子學(xué)系統(tǒng)測(cè)量無(wú)法正常進(jìn)行。為保證電子學(xué)系統(tǒng)測(cè)量次級(jí)中子能譜時(shí)不受干擾，必

6、須在系統(tǒng)中加入時(shí)序控制模塊，產(chǎn)生相關(guān)控制信號(hào)。 本文介紹了用于“神光Ⅲ”原型裝置人陣列中子探測(cè)器時(shí)序控制組件，其土要功能是產(chǎn)生中子探測(cè)器系統(tǒng)所需的時(shí)序控制信號(hào)，送到后面的時(shí)間測(cè)量和幅度測(cè)量系統(tǒng)。此外還介紹了用于測(cè)試的扇出組件。最后將電子學(xué)系統(tǒng)聯(lián)合起來(lái)作了總體時(shí)間分辨的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，電子學(xué)系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，電子學(xué)時(shí)間分辨達(dá)到了100ps，也能滿足使用需求。此外，為了模擬ICF實(shí)驗(yàn)時(shí)中子探測(cè)器陣列的運(yùn)行情況，用宇宙線擊中閃爍

7、體并在兩個(gè)光電倍增管中產(chǎn)生的信號(hào)作為電子學(xué)系統(tǒng)的輸入，對(duì)整個(gè)探測(cè)器和電子學(xué)系統(tǒng)作了整體性能測(cè)試，并對(duì)采集到的測(cè)試數(shù)據(jù)作了幅度游動(dòng)效應(yīng)的修正。最終結(jié)果表明，中子探測(cè)器陣列原型的總體時(shí)間分辨約為664ps，滿足實(shí)驗(yàn)的需要。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新之處在于： (1)針對(duì)國(guó)內(nèi)的ICF實(shí)驗(yàn)裝置首臺(tái)大面積中子探測(cè)器陣列的特點(diǎn)，研制了電子學(xué)系統(tǒng)原型中時(shí)序控制模塊，并成功的達(dá)到了預(yù)明設(shè)計(jì)目標(biāo)。它是電子學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分，產(chǎn)生的控制時(shí)序有效地屏蔽了干擾