CN114415225A - 一种核聚变α粒子损失探测器 - Google Patents

一种核聚变α粒子损失探测器 Download PDF

Info

Publication number
CN114415225A
CN114415225A CN202111564306.6A CN202111564306A CN114415225A CN 114415225 A CN114415225 A CN 114415225A CN 202111564306 A CN202111564306 A CN 202111564306A CN 114415225 A CN114415225 A CN 114415225A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plate
alpha particle
nuclear fusion
loss detector
bottom plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111564306.6A
Other languages
English (en)
Inventor
张轶泼
张洁
占许文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwestern Institute of Physics
Original Assignee
Southwestern Institute of Physics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwestern Institute of Physics filed Critical Southwestern Institute of Physics
Priority to CN202111564306.6A priority Critical patent/CN114415225A/zh
Publication of CN114415225A publication Critical patent/CN114415225A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00—Details of radiation-measuring instruments
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/25—Maintenance, e.g. repair or remote inspection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

本发明属于可控核聚变领域，具体涉及一种核聚变α粒子损失探测器，包括α粒子能量分辨多层结构、设于α粒子能量分辨多层结构外将其包围的屏蔽结构；α粒子能量分辨多层结构包括平行放置的入射孔盖板和底板、位于入射孔盖板和底板之间的N层数量相同且交叠放置的法拉第膜和绝缘层；底板下方固定设有接线组件，入射孔盖板下表面设有绝缘台阶。本装置实现了α粒子具有能量分辨的损失率测量，非常适用于核聚变堆的聚变产物α粒子损失率测量。自带屏蔽系统的多层结构设计，使得本装置解决了核聚变反应堆α粒子测量时的辐射干扰、能量分辨低、测量精度差等问题。

Description

一种核聚变α粒子损失探测器
技术领域
本发明属于可控核聚变领域，具体涉及一种核聚变α粒子损失探测器。
背景技术
在高能离子测量领域，高能离子探测器通常应用于质子加速器的质子束流测量，质子束流具有能量高(100MeV)、束流强(10mA)的特点。
燃烧核聚变堆通过和聚变反应D+T→4He+n产生的聚变产物α粒子(4He)能量为3.5MeV，装置内壁α粒子流强只有nA/cm2量级，聚变α粒子的能量和流强均远低于质子加速器输出的质子束流。
此外，与质子加速器相比，核聚变反应堆具有极端的应用环境，例如：超高真空(10-5Pa)、超高磁场(T量级)、高热负荷(10MW/m2)、高通量中子辐照(1015n/cm2/s)和高剂量X、γ射线辐射(108Gy)。
现有的高能离子探测器具有应用在暴露大气环境下、不具备严格辐射屏蔽、其能量分辨和测量精度均较差，故不满足核聚变反应堆聚变α粒子损失率测量的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种核聚变α粒子损失探测器，其α粒子损失探测精度较高。
本发明的技术方案如下：
一种核聚变α粒子损失探测器，包括α粒子能量分辨多层结构、设于α粒子能量分辨多层结构外将其包围的屏蔽结构；
所述的α粒子能量分辨多层结构包括平行放置的入射孔盖板和底板、位于入射孔盖板和底板之间的N层数量相同且交叠放置的法拉第膜和绝缘层；
所述的底板下方固定设有接线组件，其为多个安装在底板下方的接线柱，每一片法拉第膜均与接线组件的一个接线柱对应相连；
所述的入射孔盖板下表面设有绝缘台阶，其与下方的法拉第膜表面紧密贴合。
在入射孔盖板和底板上均加工螺孔，通过安装螺钉使得入射孔盖板和底板固定连接，法拉第膜和绝缘层组成的层状结构位于两者之间。
所述的底板下方设有支撑结构，屏蔽结构将α粒子能量分辨多层结构和支撑结构包围。
所述的支撑结构为支撑板，所述的屏蔽结构包括支撑结构盒和支撑结构盒外部贴合的辐射屏蔽层；
所述的支撑板固定设于所述的底板下方且与支撑结构盒固定连接，所述的支撑结构盒将所述的α粒子能量分辨多层结构和支撑板包围。
所述的支撑板的上部为与底板同样大小的板面，支撑板的下部与所述的支撑结构盒的侧板固定连接。
所述的支撑结构盒，其上下面和前后面均为长方形，侧面为平行四边形。
所述的支撑结构盒上加工线缆孔，引出接线组件的信号线。
所述的支撑结构盒一侧设有辐射屏蔽板和热负荷屏蔽板。
所述的辐射屏蔽板贴在支撑结构盒的侧壁上，热负荷屏蔽板贴合在辐射屏蔽板的外侧，两者通过固定螺杆与支撑结构盒固定。
所述的热负荷屏蔽板和辐射屏蔽板均为圆板，材质分别为CFC石墨和铅。
所述的入射孔盖板、底板、支撑板、支撑结构盒，材料为316L不锈钢。
辐射屏蔽层材料为铅。
所述的法拉第膜，纯度＞99.999％，尺寸为100×50mm，厚度为2μm；所述的绝缘层5，尺寸为110×60mm，厚度为1μm，室温电阻率为1-5倍的1014Ω·cm，1000℃电阻率≥1×106Ω·cm。
N为4-10。
所述的入射孔盖板，其孔区有效面积为90×45mm，孔径2mm，共800个尺寸为40×20的孔，相邻孔的边缘间距2.5mm。
本发明的显著效果如下：
根据本装置的结构设计，核聚变α粒子通过入射孔盖板进入探头，轰击由法拉第膜和绝缘层组成的探测多层结构，α粒子在多层结构内穿透时其能量逐渐衰减，最后沉积在能量衰减至零时的所在层，α粒子所携带的电荷被沉积层的法拉第膜搜集产生电流信号，从而实现对α粒子具有能量分辨的损失率测量。
本装置实现了α粒子具有能量分辨的损失率测量，非常适用于核聚变堆的聚变产物α粒子损失率测量。
自带屏蔽系统的多层结构设计，使得本装置解决了核聚变反应堆α粒子测量时的辐射干扰、能量分辨低、测量精度差等问题。
附图说明
图1为α粒子能量分辨多层结构示意图；
图2为α粒子能量分辨多层结构零件装配示意图；
图3为核聚变α粒子损失探测器示意图；
图中：1-入射孔盖板、2-固定螺孔、3-绝缘台阶、4-法拉第膜、5-绝缘层、6-底板、7-接线组件、8-支撑板、9-定位孔、10-线缆孔、11-支撑结构盒、12-辐射屏蔽层、13-固定螺杆、14-热负荷屏蔽板、15-辐射屏蔽板。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1、图2和图3所示，核聚变α粒子损失探测器包括：α粒子能量分辨多层结构、支撑结构盒11、安装在支撑结构盒11一侧的辐射屏蔽板15和热负荷屏蔽板14。
其中α粒子能量分辨多层结构通过螺钉固定安装在支撑结构盒11上；
上述的α粒子能量分辨多层结构，其包括平行放置的入射孔盖板1和底板6、位于入射孔盖板1和底板6之间的N层数量相同且交叠放置的法拉第膜4和绝缘层5，以及位于底板6下方的支撑板8；
本实施例中设有6组法拉第膜4和绝缘层5，每组中法拉第膜4紧密贴合在绝缘层5上表面；各组法拉第膜4和绝缘层5交叠紧密贴合；
在上述的底板6下方固定安装有接线组件7，其为多个安装在底板6下方的接线柱，每一片法拉第膜4均通过高屏蔽信号线与接线组件7的一个接线柱对应相连；
底板6下方为支撑板8，其作用就是支撑上述入射孔盖板1和底板6，以及法拉第膜4和绝缘层5组成的层状结构，同时起到安装作用，支撑板8上加工定位孔9；
在上述的入射孔盖板1下表面加工有绝缘台阶3，其与下方的法拉第膜4表面紧密贴合。
在入射孔盖板1和底板6上均加工螺孔2，通过安装螺钉使得入射孔盖板1和底板6固定连接，法拉第膜4和绝缘层5组成的层状结构位于两者之间。
支撑板8用于支撑上述入射孔盖板1、底板6、法拉第膜4和绝缘层5组成的整体多层结构，使其放置在支撑结构盒11内。
如图1和图2所示，支撑板8的上部为与底板6同样大小的板面，通过螺孔和螺钉固定，支撑板8的下部即为与支撑结构盒11连接的连接部，其上加工定位孔9
支撑结构盒11外部包括一层辐射屏蔽层12；
支撑结构盒11前后侧板和支撑板8均加工有定位孔9，使得支撑板8和支撑结构盒11通过螺钉或螺柱固定，从而使得上述的α粒子能量分辨多层结构定位安装在支撑结构盒11内。
本实施例中，支撑结构盒11的上下面和前后面均为长方形，侧面为平行四边形。
同时在支撑结构盒11上加工线缆孔10，其用于引出接线组件7的信号线束。
本装置的屏蔽结构由固定螺杆13、热负荷屏蔽板14和辐射屏蔽板15组成。
其中，热负荷屏蔽板14和辐射屏蔽板15通过固定螺杆13固定在支撑结构盒11的一侧，辐射屏蔽板15贴在支撑结构盒11的侧壁上，热负荷屏蔽板14贴合在辐射屏蔽板15的外侧，两者通过固定螺杆13与支撑结构盒11固定。
本实施例中，入射孔盖板1，材料316L不锈钢，长方形110×60mm，厚度3mm，孔区有效面积：90×45mm，孔径2mm，共800个(40×20)，相邻孔的边缘间距2.5mm；
固定螺孔2，数量4个，孔径2mm；
绝缘台阶3，宽2mm，高1mm；法拉第膜4，纯度＞99.999％，尺寸为100×50mm，厚度为2μm；
绝缘层5，尺寸为110×60mm，尺寸误差≤1％，厚度为1μm，室温电阻率≥1×1014Ω·cm，1000℃电阻率≥1×106Ω·cm；
底板6，材料316L不锈钢，长方形120×70mm，厚度3mm；
接线组件7，6个接线柱；
支撑板8，底板6，材料316L不锈钢，长方形120×70mm，厚度3mm；
定位孔9，孔径3mm；
线缆孔10，孔径10mm；
支撑结构盒11，材料316L不锈钢，厚度3mm，盒体尺寸150×100×80mm，厚度3mm，上下面和前后面均为长方形，侧面为平行四边形，角度为45°，如图1所示；
辐射屏蔽层12，材料铅，厚度5mm，贴合覆盖支撑结构盒。
固定螺杆13，材料316L不锈钢，直径8mm，长度40mm；
热负荷屏蔽板14，材料CFC石墨，圆板，φ400mm，厚度25mm；
辐射屏蔽板15，材料铅，圆板，φ400mm，厚度10mm。

Claims (15)

1.一种核聚变α粒子损失探测器，其特征在于：包括α粒子能量分辨多层结构、设于α粒子能量分辨多层结构外将其包围的屏蔽结构；
所述的α粒子能量分辨多层结构包括平行放置的入射孔盖板(1)和底板(6)、位于入射孔盖板(1)和底板(6)之间的N层数量相同且交叠放置的法拉第膜(4)和绝缘层(5)；所述的底板(6)下方固定设有接线组件(7)，其为多个安装在底板(6)下方的接线柱，每一片法拉第膜(4)均与接线组件(7)的一个接线柱对应相连；
所述的入射孔盖板(1)下表面设有绝缘台阶(3)，其与下方的法拉第膜(4)表面紧密贴合。
2.如权利要求1所述的一种核聚变α粒子损失探测器，其特征在于：在入射孔盖板(1)和底板(6)上均加工螺孔，通过安装螺钉使得入射孔盖板(1)和底板(6)固定连接，法拉第膜(4)和绝缘层(5)组成的层状结构位于两者之间。
3.如权利要求1所述的一种核聚变α粒子损失探测器，其特征在于：所述的底板(6)下方设有支撑结构，屏蔽结构将α粒子能量分辨多层结构和支撑结构包围。
4.如权利要求3所述的一种核聚变α粒子损失探测器，其特征在于：所述的支撑结构为支撑板(8)，所述的屏蔽结构包括支撑结构盒(11)和支撑结构盒(11)外部贴合的辐射屏蔽层(12)；所述的支撑板(8)固定设于所述的底板(6)下方且与支撑结构盒(11)固定连接，所述的支撑结构盒(11)将所述的α粒子能量分辨多层结构和支撑板(8)包围。
5.如权利要求4所述的一种核聚变α粒子损失探测器，其特征在于：所述的支撑板(8)的上部为与底板(6)同样大小的板面，支撑板(8)的下部与所述的支撑结构盒(11)的侧板固定连接。
6.如权利要求4所述的一种核聚变α粒子损失探测器，其特征在于：所述的支撑结构盒(11)，其上下面和前后面均为长方形，侧面为平行四边形。
7.如权利要求4所述的一种核聚变α粒子损失探测器，其特征在于：所述的支撑结构盒(11)上加工线缆孔(10)，引出接线组件(7)的信号线。
8.如权利要求4所述的一种核聚变α粒子损失探测器，其特征在于：所述的支撑结构盒(11)一侧设有辐射屏蔽板(15)和热负荷屏蔽板(14)。
9.如权利要求8所述的一种核聚变α粒子损失探测器，其特征在于：所述的辐射屏蔽板(15)贴在支撑结构盒(11)的侧壁上，热负荷屏蔽板(14)贴合在辐射屏蔽板(15)的外侧，两者通过固定螺杆(13)与支撑结构盒(11)固定。
10.如权利要求9所述的一种核聚变α粒子损失探测器，其特征在于：所述的热负荷屏蔽板(14)和辐射屏蔽板(15)均为圆板，材质分别为CFC石墨和铅。
11.如权利要求4所述的一种核聚变α粒子损失探测器，其特征在于：所述的入射孔盖板(1)、底板(6)、支撑板(8)、支撑结构盒(11)，材料为316L不锈钢。
12.如权利要求11所述的一种核聚变α粒子损失探测器，其特征在于：辐射屏蔽层(12)材料为铅。
13.如权利要求1所述的一种核聚变α粒子损失探测器，其特征在于：所述的法拉第膜(4)，纯度＞99.999％，尺寸为100×50mm，厚度为2μm；所述的绝缘层(5)，尺寸为110×60mm，厚度为1μm，室温电阻率为1-5倍的1014Ω·cm，1000℃电阻率≥1×106Ω·cm。
14.如权利要求1所述的一种核聚变α粒子损失探测器，其特征在于：N为4-10。
15.如权利要求1所述的一种核聚变α粒子损失探测器，其特征在于：所述的入射孔盖板(1)，其孔区有效面积为90×45mm，孔径2mm，共800个尺寸为40×20的孔，相邻孔的边缘间距2.5mm。
CN202111564306.6A 2021-12-20 2021-12-20 一种核聚变α粒子损失探测器 Pending CN114415225A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111564306.6A CN114415225A (zh) 2021-12-20 2021-12-20 一种核聚变α粒子损失探测器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111564306.6A CN114415225A (zh) 2021-12-20 2021-12-20 一种核聚变α粒子损失探测器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114415225A true CN114415225A (zh) 2022-04-29

Family

ID=81267808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111564306.6A Pending CN114415225A (zh) 2021-12-20 2021-12-20 一种核聚变α粒子损失探测器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114415225A (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1190467A (zh) * 1994-12-23 1998-08-12 迪吉雷德公司 半导体伽马射线摄像机和医学成像系统
CN101339251A (zh) * 2008-06-13 2009-01-07 清华大学 一种射线粒子的二维位置灵敏辐射探测装置
CN101395691A (zh) * 2006-03-03 2009-03-25 佳能株式会社 多x射线发生器以及多x射线摄影设备
CN105738936A (zh) * 2016-02-25 2016-07-06 北京卫星环境工程研究所 空间辐射环境与效应组合探测结构
CN110246736A (zh) * 2019-06-28 2019-09-17 华中科技大学 一种多页法拉第杯及测量方法
CN110531399A (zh) * 2019-09-02 2019-12-03 北京卫星环境工程研究所 航天器在轨故障预警与甄别装置
CN111063632A (zh) * 2019-10-15 2020-04-24 北京烁科中科信电子装备有限公司 一种高密度阵列式法拉第筒测量探头
CN111880212A (zh) * 2020-08-11 2020-11-03 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 一种表面氚浓度探测器
CN111948697A (zh) * 2020-07-08 2020-11-17 中国科学院国家空间科学中心 一种星载中能电子探测器
CN212433426U (zh) * 2020-09-17 2021-01-29 核工业西南物理研究院 一种夹层式离子束能谱分析器
CN112782747A (zh) * 2021-01-05 2021-05-11 中国原子能科学研究院 多叶法拉第筒、多叶法拉第筒测量系统及其应用

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1190467A (zh) * 1994-12-23 1998-08-12 迪吉雷德公司 半导体伽马射线摄像机和医学成像系统
CN101395691A (zh) * 2006-03-03 2009-03-25 佳能株式会社 多x射线发生器以及多x射线摄影设备
CN101339251A (zh) * 2008-06-13 2009-01-07 清华大学 一种射线粒子的二维位置灵敏辐射探测装置
CN105738936A (zh) * 2016-02-25 2016-07-06 北京卫星环境工程研究所 空间辐射环境与效应组合探测结构
CN110246736A (zh) * 2019-06-28 2019-09-17 华中科技大学 一种多页法拉第杯及测量方法
CN110531399A (zh) * 2019-09-02 2019-12-03 北京卫星环境工程研究所 航天器在轨故障预警与甄别装置
CN111063632A (zh) * 2019-10-15 2020-04-24 北京烁科中科信电子装备有限公司 一种高密度阵列式法拉第筒测量探头
CN111948697A (zh) * 2020-07-08 2020-11-17 中国科学院国家空间科学中心 一种星载中能电子探测器
CN111880212A (zh) * 2020-08-11 2020-11-03 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 一种表面氚浓度探测器
CN212433426U (zh) * 2020-09-17 2021-01-29 核工业西南物理研究院 一种夹层式离子束能谱分析器
CN112782747A (zh) * 2021-01-05 2021-05-11 中国原子能科学研究院 多叶法拉第筒、多叶法拉第筒测量系统及其应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11630223B2 (en) Fissile neutron detector
Andriamonje et al. Development and performance of Microbulk Micromegas detectors
WO1991017462A1 (fr) Dosimetre d'exposition aux neutrons pour utilisation individuelle, debitmetre de dose de neutrons, detecteur de neutrons et procede pour leur fabrication
US10732306B2 (en) Slow neutron detection device
CN113433580B (zh) 气体探测器制作方法、气体探测器及射线探测装置
CN108873053B (zh) 一种中子和γ射线联合探测器
Croci et al. nGEM neutron diagnostic concept for high power deuterium beams
US3916200A (en) Window for radiation detectors and the like
CN112731507B (zh) 一种中子和γ射线联合探测装置
CN114415225A (zh) 一种核聚变α粒子损失探测器
JP2006194625A (ja) 中性子検出器
Margato et al. Multilayer 10B-RPC neutron imaging detector
CN218848344U (zh) 一种基于气体时间投影室的中子探测器
CN214310902U (zh) 一种中子和γ射线联合探测装置
US4091288A (en) Threshold self-powered gamma detector for use as a monitor of power in a nuclear reactor
CN1187682A (zh) 测井用伴随α中子管
RU2797867C1 (ru) Система регистрации потоков корпускулярного излучения на основе алмазного детектора для времяпролетной спектрометрии лазерного термоядерного синтеза
RU2137155C1 (ru) Блок детекторов для измерения потока нейтронов
Holmes et al. A novel approach to building micromegas detectors enabled by precision manufacturing
Valente et al. Triple-GEM detectors for electron, proton and neutron beam diagnostics
CN218848339U (zh) 一种基于叠层碲锌镉的高能质子探测探头
JP3815730B2 (ja) 荷電粒子検出器および荷電粒子検出器の作製方法ならびに荷電粒子検出器を備えた検知装置
CN117976511A (zh) 一种气体电离室
Anthony et al. Beam particle identification and tagging of incompletely stripped heavy beams with HEIST
US10989823B2 (en) Neutron detector

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20220429

RJ01 Rejection of invention patent application after publication