JPH09304539A - Electron detector - Google Patents

Electron detector

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JPH09304539A
JPH09304539A JP11996796A JP11996796A JPH09304539A JP H09304539 A JPH09304539 A JP H09304539A JP 11996796 A JP11996796 A JP 11996796A JP 11996796 A JP11996796 A JP 11996796A JP H09304539 A JPH09304539 A JP H09304539A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron
vertical drift
electrons
magnetic field
energy
Prior art date
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Pending
Application number
JP11996796A
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Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Tadokoro
孝広 田所
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron detector which is suitable for measuring the direction and the energy of escaping electrons from a plasma in a nuclear fusion apparatus. SOLUTION: A coil 8 for magnetic-field generation is installed between a vertical drift chamber 10 and a vertical drift chamber 11, and an electron beam detector 18 which contains a plastic scintillator 15, a light guide 16 and a photomultiplier tube 17 is installed at the rear of the vertical drift chamber 11. On the basis of the time difference between signals from respective wires at the vertical drift chambers 10, 11 and a signal from the electron beam detector 18, the track of electrons at the vertical drift chambers 10, 11 can be found. On the basis of the found track of the electrons and on the basis of a magnetic field generated by the coil, for magnetic-field generation, installed between the vertical drift chambers 10, 11, the direction and the energy of escaping electrons are measured.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は核融合装置において
プラズマからの逃走電子の方向及びエネルギを測定する
のに好適な電子検出器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron detector suitable for measuring the direction and energy of escape electrons from plasma in a fusion device.

【0002】[0002]

【従来の技術】核融合装置では、電子は電場による加速
及び、電子及びイオンとのクーロン衝突による減速を受
ける。しかし、衝突の度合は速度と共に減少するので、
あるエネルギ以上の電子は、ますます速度を上げて逃走
電子となる。例えば、電子密度が1019m~3,電場の強
さが1V/mの場合、5KeV以上の電子は逃走電子と
なり、国際熱核融合炉1TERでは、エネルギは200
MeV程度になると考えられている。このような高いエ
ネルギの電子は、核融合装置に多大な損傷を与える。し
かし、どの程度のエネルギの逃走電子がどの程度の個
数、どの方向から逃走してくるのか詳しく測定した例は
ない。今後、これらの測定が必要になってくると考えら
れる。
2. Description of the Related Art In a fusion device, electrons are accelerated by an electric field and decelerated by a Coulomb collision with electrons and ions. However, since the degree of collision decreases with speed,
Electrons having a certain energy or more increase in speed and become escape electrons. For example, when the electron density is 10 19 m 3 and the electric field strength is 1 V / m, electrons of 5 KeV or more become runaway electrons, and the energy is 200 in the international thermonuclear reactor 1TER.
It is considered to be about MeV. Such high-energy electrons cause great damage to the fusion device. However, there is no detailed measurement of how much energy and how many escape electrons escape from which direction. It is considered that these measurements will become necessary in the future.

【0003】垂直型ドリフトチェンバは、電子の軌跡を
測定する検出器で、1977年にM.I.Tで開発され、
主に電子線を用いた原子核実験における散乱電子の測定
器として用いられている。
The vertical type drift chamber is a detector for measuring the trajectory of electrons, and was developed by MIT in 1977.
It is mainly used as a measuring instrument for scattered electrons in nuclear experiments using electron beams.

【0004】公知例;W.Bertozzi,et al.,Nucl Instr
141(1977)457。
Known example: W. Bertozzi, et al., Nucl Instr
141 (1977) 457.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術で、逃走
電子の軌跡を測定することができる。しかし、エネルギ
を測定することができないという問題点がある。また、
逃走電子の測定は、真空容器中で行う必要があるため、
従来の垂直型ドリフトチェンバのように、チェンバ内部
のガス圧を大気圧のままで用いることは核融合装置にと
って好ましくない。しかし、チェンバ内部のガスの圧力
を低くすると、垂直型ドリフトチェンバが機能しなくな
るという問題があった。
With the above-mentioned conventional technique, it is possible to measure the trajectory of escape electrons. However, there is a problem that energy cannot be measured. Also,
Since it is necessary to measure the escape electrons in a vacuum container,
It is not preferable for the fusion device to use the gas pressure inside the chamber at atmospheric pressure as in the conventional vertical drift chamber. However, when the pressure of the gas inside the chamber is lowered, there is a problem that the vertical drift chamber does not function.

【0006】本発明の目的は、核融合装置でプラズマか
らの逃走電子の方向及びエネルギを測定するのに好適な
電子検出器を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide an electron detector suitable for measuring the direction and energy of escape electrons from plasma in a fusion device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は2台の垂直型ドリフトチェンバ間に磁場発
生用コイルを設けた。磁場発生用コイルが作る磁場によ
って電子はそのエネルギに応じた曲率で軌道を曲げられ
る。磁場発生用コイルの前後に設置してある2台の垂直
型ドリフトチェンバによって、電子の軌道を測定するこ
とでこの曲率を求めることができる。磁場発生用コイル
が作る磁場の値とこの曲率から電子のエネルギを求める
ことができる。また、上記目的を達成するために、本発
明は大気圧以下でも垂直型ドリフトチェンバが正常に動
作するように、垂直型ドリフトチェンバ内部のガスの混
合比を変えた。
In order to achieve the above object, the present invention provides a magnetic field generating coil between two vertical drift chambers. The orbit is bent by the magnetic field generated by the magnetic field generating coil with a curvature according to its energy. This curvature can be obtained by measuring the orbits of the electrons by the two vertical drift chambers installed before and after the magnetic field generating coil. The energy of the electron can be obtained from the value of the magnetic field created by the magnetic field generating coil and this curvature. Further, in order to achieve the above object, the present invention changes the gas mixture ratio inside the vertical drift chamber so that the vertical drift chamber operates normally even at atmospheric pressure or lower.

【0008】垂直型ドリフトチェンバの原理を図2に示
す。図2は、垂直型ドリフトチェンバの断面図である。
垂直型ドリフトチェンバは、電子入射窓1,陰極板2,
ワイヤ3及びガス4より構成されている。陰極板2とワ
イヤ3の間に約1kV/mmの電場ができるように陰極板
2に負の電圧を印加する。電子入射窓1より斜めに入射
してきた電子5は、チェンバ内部のガス4を電離する。
電離により発生した電子群6は、陰極板2及びワイヤ3
が作る電場の方向7に沿ってワイヤ3に向かってドリフ
トする。ドリフトした電子群6はワイヤ3近傍の電場の
高い領域8で電子雪崩を起こす。その電子雪崩によって
ワイヤに信号が発生する。ドリフト速度が一定であるな
らば、電子5が通過した時刻から信号が発生した時刻ま
での時間を測定することで、電子群6の発生した位置を
同定することができる。ガス4として、アルゴンとイソ
ブタンの混合ガスを用いると、電場強度によらずドリフ
ト速度が約40mm/μsec と一定となる。3本以上のワ
イヤ3からの信号から求めた電子群6の発生位置から、
入射電子5の軌道を同定することができる。本発明の概
要を図1に示す。2台の垂直型ドリフトチェンバの間に
磁場発生用のコイル9を設置することで、1台目のチェ
ンバ10を通過してきた電子はエネルギに応じたローレ
ンツ力を磁場から受けて軌道を曲げ、2台目のチェンバ
11に入射してくる。1台目のチェンバ10によって電
子の入射方向を同定でき、磁場発生用コイル9の作る磁
場の大きさと1台目と2台目のチェンバにおける電子の
軌道の違いから電子のエネルギを同定することができ
る。大気圧で、ガス4を使用する場合には、イソブタン
とアルゴンを約1:1の体積比で用いている。イソブタ
ンには、電子雪崩を抑制する働きがあり、アルゴンには
電子雪崩を増長する働きがある。大気圧より低い圧力で
ガス4を用いると入射電子5によって発生する電子群6
に含まれる電子数は少なくなる。そのため、測定可能な
信号がワイヤ3に発生しなくなる。そこで、低い圧力で
も充分大きな信号を発生させるためには、アルゴンの割
合を増やして電子雪崩を増長させればよい。
The principle of the vertical drift chamber is shown in FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the vertical drift chamber.
The vertical drift chamber has an electron entrance window 1, a cathode plate 2,
It is composed of a wire 3 and a gas 4. A negative voltage is applied to the cathode plate 2 so that an electric field of about 1 kV / mm is created between the cathode plate 2 and the wire 3. The electrons 5 obliquely incident through the electron incident window 1 ionize the gas 4 inside the chamber.
The electron group 6 generated by the ionization is the cathode plate 2 and the wire 3.
Drift towards the wire 3 along the direction 7 of the electric field created by. The drifted electron group 6 causes an electron avalanche in a region 8 near the wire 3 where the electric field is high. A signal is generated on the wire due to the electronic avalanche. If the drift velocity is constant, the position where the electron group 6 is generated can be identified by measuring the time from the time when the electron 5 passes to the time when the signal is generated. When a mixed gas of argon and isobutane is used as the gas 4, the drift velocity becomes constant at about 40 mm / μsec regardless of the electric field strength. From the generation position of the electron group 6 obtained from the signals from the three or more wires 3,
The trajectory of the incident electron 5 can be identified. The outline of the present invention is shown in FIG. By installing the coil 9 for generating a magnetic field between the two vertical drift chambers, the electrons passing through the first chamber 10 receive Lorentz force corresponding to energy from the magnetic field and bend their trajectories. It enters the third chamber 11. The incident direction of the electrons can be identified by the first chamber 10, and the energy of the electrons can be identified from the magnitude of the magnetic field generated by the magnetic field generating coil 9 and the difference in the orbits of the electrons in the first and second chambers. it can. When using gas 4 at atmospheric pressure, isobutane and argon are used in a volume ratio of about 1: 1. Isobutane has a function of suppressing electron avalanche, and argon has a function of increasing electron avalanche. When gas 4 is used at a pressure lower than atmospheric pressure, electron group 6 generated by incident electrons 5
The number of electrons contained in is small. Therefore, no measurable signal is generated on the wire 3. Therefore, in order to generate a sufficiently large signal even at a low pressure, the proportion of argon should be increased to increase the electron avalanche.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図3によ
り説明する。図3で、磁場発生用コイル9をはさんだ両
側に垂直型ドリフトチェンバ10及び11が設置してあ
る。垂直型ドリフトチェンバ10及び11を電子5が通
過すると、各ワイヤ3に信号が発生する。この信号をプ
リアンプ13で増幅した後、ディスクリミネータ14な
どを用いて矩形波に変換する。2台目の垂直型ドリフト
チェンバ11の後方に、プラスチックシンチレータ1
5,光ガイド16及び光電子増倍管17などから構成さ
れる電子検出器18を設置する。電子検出器18からの
信号をディスクリミネータ14などを用いて矩形波に変
換し、ドリフト時間を測定するための時間の基準矩形波
に用いる。この時間の基準矩形波と、矩形波に変換され
た各ワイヤ3からの信号の時間差を時間デジタル変換器
19などを用いて測定し、ドリフト時間を求める。あら
かじめ測定しておいたドリフト速度と測定したドリフト
時間から、入射電子5によってガス4が電離した位置か
ら各ワイヤまでの距離が求まる。3本以上のワイヤ3か
らのドリフト時間の情報から、入射電子によってガス4
が電離した位置について3点以上の情報が得られ、電子
の軌道が求まる。垂直型ドリフトチェンバ10を通過し
た電子は、磁場発生用コイル9の作る磁場によってロー
レンツ力を受け、電子エネルギに応じて軌道を曲げる。
この磁場発生用コイルの作る磁場値を変化させること
で、測定する逃走電子のエネルギの幅を変えることがで
きる。例えば、電子のエネルギが200MeVの場合、
磁場発生用コイル9が発生する磁場を0.1Tとし、0.
1mの領域を電子5が通過するとすれば、約9°電子5
の軌道が曲がる。電子5のエネルギが100MeVで
は、約13°電子5の軌道が曲がる。磁場発生用コイル
8の作る磁場によって軌道を曲げられた電子5は、垂直
型ドリフトチェンバ11に入射してくる。チェンバ10
における場合と同様にして、チェンバ11における電子
の軌道を求めることができる。この2台のチェンバ10
及び11によって測定した電子の軌道の角度の差から電
子のエネルギを測定することができる。垂直型ドリフト
チェンバの電子の角度の測定精度は、約1°程度である
ことから、200MeV程度のエネルギの電子が、0.
1Tの磁場を約0.1mの距離通過するとき、約25M
eV程度の精度で電子のエネルギを測定することができ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In FIG. 3, vertical drift chambers 10 and 11 are installed on both sides of the magnetic field generating coil 9. When the electrons 5 pass through the vertical drift chambers 10 and 11, a signal is generated on each wire 3. After this signal is amplified by the preamplifier 13, it is converted into a rectangular wave using the discriminator 14 or the like. Behind the second vertical drift chamber 11, the plastic scintillator 1
5. An electron detector 18 including a light guide 16 and a photomultiplier tube 17 is installed. The signal from the electron detector 18 is converted into a rectangular wave using the discriminator 14 or the like, and used as a reference rectangular wave of time for measuring the drift time. The time difference between the reference rectangular wave of this time and the signal from each wire 3 converted into the rectangular wave is measured using the time digital converter 19 or the like to obtain the drift time. From the drift velocity measured in advance and the measured drift time, the distance from the position where the gas 4 is ionized by the incident electrons 5 to each wire can be obtained. From the information on the drift time from three or more wires 3, gas 4 is generated by the incident electrons.
Information of three or more points is obtained for the position where the ionization is performed, and the orbit of the electron is obtained. The electrons that have passed through the vertical drift chamber 10 receive the Lorentz force due to the magnetic field generated by the magnetic field generation coil 9, and bend the trajectory according to the electron energy.
By changing the magnetic field value created by the magnetic field generating coil, the width of the escape electron energy to be measured can be changed. For example, when the electron energy is 200 MeV,
The magnetic field generated by the magnetic field generating coil 9 is 0.1T, and the magnetic field is 0.1T.
If the electron 5 passes through the area of 1 m, it is about 9 °
Orbits. When the energy of the electron 5 is 100 MeV, the orbit of the electron 5 is bent by about 13 °. The electrons 5 whose orbit is bent by the magnetic field generated by the magnetic field generating coil 8 enter the vertical drift chamber 11. Chamber 10
In the same manner as in the case of, the orbit of the electron in the chamber 11 can be obtained. These two chambers 10
The energy of the electron can be measured from the difference in the angles of the orbits of the electron measured by the methods 11 and 11. Since the measurement accuracy of the electron angle of the vertical drift chamber is about 1 °, an electron with an energy of about 200 MeV is about 0.
Approximately 25M when passing a magnetic field of 1T for a distance of approximately 0.1m
The electron energy can be measured with an accuracy of about eV.

【0010】図4に本発明の他の実施例を示す。図3に
おける2台目の垂直型ドリフトチェンバ11の代わり
に、複数の電子検出器18を設置する。1台目の垂直型
ドリフトチェンバ10を通過した電子は、磁場発生用コ
イル9の作る磁場によってローレンツ力を受け軌道を曲
げた後、複数の電子検出器18の内の1台に入射する。
どの位置に設置している電子検出器18に電子が入射し
てきたかの情報及び垂直型ドリフトチェンバ10からの
電子の軌道の測定値から、磁場によって曲げられた角度
を同定することができる。この情報及び磁場発生用コイ
ル8の作る磁場の大きさから、入射電子5のエネルギを
測定できる。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. Instead of the second vertical drift chamber 11 shown in FIG. 3, a plurality of electron detectors 18 are installed. The electron passing through the first vertical drift chamber 10 receives the Lorentz force by the magnetic field generated by the magnetic field generating coil 9, bends the trajectory, and then enters one of the plurality of electron detectors 18.
The angle bent by the magnetic field can be identified from the information on the position where the electron has entered the electron detector 18 and the measured value of the orbit of the electron from the vertical drift chamber 10. The energy of the incident electrons 5 can be measured from this information and the magnitude of the magnetic field generated by the magnetic field generating coil 8.

【0011】[0011]

【発明の効果】本発明によれば、プラズマからの逃走電
子の方向及びエネルギを測定でき、逃走電子による核融
合装置の損傷の程度を詳しく同定することができる。
According to the present invention, the direction and energy of the escape electrons from the plasma can be measured, and the degree of damage to the fusion device due to the escape electrons can be identified in detail.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の原理の説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention.

【図2】垂直型ドリフトチェンバの断面図。FIG. 2 is a sectional view of a vertical drift chamber.

【図3】本発明の一実施例の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施例の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3…ワイヤ、5…入射電子、8…電場の高い領域、1
0,11…垂直型ドリフトチェンバ、13…プリアン
プ、14…ディスクリミネータ、15…プラスチックシ
ンチレータ、16…光ガイド、17…光電子増倍管、1
8…電子検出器、19…時間デジタル変換器。
3 ... Wire, 5 ... Incident electron, 8 ... High electric field region, 1
0, 11 ... Vertical drift chamber, 13 ... Preamplifier, 14 ... Discriminator, 15 ... Plastic scintillator, 16 ... Optical guide, 17 ... Photomultiplier tube, 1
8 ... Electron detector, 19 ... Time digital converter.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】2台の垂直型ドリフトチェンバとデータ処
理系及び2台の垂直型ドリフトチャンバ間に設置してあ
る磁場発生用コイルからなる電子検出器において、上記
磁場発生用コイルを通過する前後での電子の軌道を上記
2台の垂直型ドリフトチャンバで測定し、その測定結果
と上記磁場発生用コイルが作る磁場の強度を用いて電子
のエネルギ及び移動方向を測定することを特徴とする電
子検出器。
1. An electron detector comprising two vertical drift chambers, a data processing system, and a magnetic field generating coil installed between the two vertical drift chambers, before and after passing through the magnetic field generating coil. The electron trajectory and the electron movement in the vertical drift chamber are measured by the two vertical drift chambers, and the energy and the moving direction of the electron are measured by using the measurement result and the strength of the magnetic field generated by the magnetic field generating coil. Detector.
【請求項2】請求項1において、上記磁場発生用コイル
を通過した後の電子検出器として2台以上のプラスチッ
クシンチレータとデータ処理系からなる電子検出器を用
いた電子検出器。
2. The electron detector according to claim 1, wherein the electron detector after passing through the magnetic field generating coil uses an electron detector composed of two or more plastic scintillators and a data processing system.
【請求項3】請求項1または2において、上記垂直型ド
リフトチェンバ内のガス圧を大気圧以上にする電子検出
器。
3. The electron detector according to claim 1, wherein the gas pressure in the vertical drift chamber is equal to or higher than atmospheric pressure.
JP11996796A 1996-05-15 1996-05-15 Electron detector Pending JPH09304539A (en)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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