大陣列中子探測器時序控制器研制.pdf

1、高溫高密度熱核點(diǎn)火是ICF研究的核心問題。根據(jù)勞森判據(jù)，激光聚變過程中，燃料面密度<ρR>≥0.4/cm<'2>時才有可能實(shí)現(xiàn)熱核點(diǎn)火。因此，隨著ICF研究的日益深入，<ρR>的診斷變得越來越重要。“神光Ⅲ”原型將主要進(jìn)行二維效應(yīng)非對稱內(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格和安全性，無論是國際上進(jìn)行的內(nèi)爆實(shí)驗(yàn)還是將來在“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)次級中子產(chǎn)額只有10<'5>-10<'6>。通過測量充純氘燃料靶丸的次級中子能譜，可以給出高壓縮狀態(tài)下的<ρR>。同時，通過次級中子能譜，還能分析影響ICF內(nèi)爆的各種物理過程，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器陣列測量中子的飛行時間譜。大面積中子探測器陣列系統(tǒng)目前兒乎是國際上使用的唯一

3、探測手段，已成為診斷T<,1>和<ρR>的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。美國、日本和英國都在進(jìn)行這種技術(shù)的研究，并建造了兒套探測器陣列系統(tǒng)。 在“神光Ⅲ”原型上進(jìn)行的ICF實(shí)驗(yàn)對大面積中子探測器陣列的探測指標(biāo)要求為：其次級DT中子探測水平達(dá)到4×10<'5>，中子飛行時間譜時間分辨對應(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)場的條件，并參考國外ICF實(shí)驗(yàn)裝置中大面積中子探測器陣列的設(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器陣列的規(guī)模為：960個通道、飛行距離16.67米、DT中子探測效率約為20％1同時要求大面積中子探測器陣列測得的中子飛行時間譜總的時間分辨要求達(dá)到1.0ns，其中，對電子學(xué)系統(tǒng)總體時間分辨更是要求達(dá)到100ps。 由于“神光Ⅲ”原型的控制、測量及數(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)中子探測器陣列與ICF實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的無縫對接，同時保證系統(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)箱來設(shè)計(jì)。中子探測器陣列的復(fù)雜的電子學(xué)系統(tǒng)被劃分為幾個測量模塊，每個模塊都只需要實(shí)現(xiàn)某一個或幾個功能，幾個模塊連接起來，就能組成一套完整的測量系統(tǒng)。 在“神光Ⅲ”原型上進(jìn)行ICF內(nèi)爆，會產(chǎn)生x射線、謝線、初級中子和次級中子等粒子。此外，在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)時，宇宙射線也會進(jìn)入閃爍體，對電子學(xué)系統(tǒng)的測量產(chǎn)生干擾，使得電子學(xué)系統(tǒng)測量無法正常進(jìn)行。為保證電子學(xué)系統(tǒng)測量次級中子能譜時不受干擾，必

6、須在系統(tǒng)中加入時序控制模塊，產(chǎn)生相關(guān)控制信號。 本文介紹了用于“神光Ⅲ”原型裝置人陣列中子探測器時序控制組件，其土要功能是產(chǎn)生中子探測器系統(tǒng)所需的時序控制信號，送到后面的時間測量和幅度測量系統(tǒng)。此外還介紹了用于測試的扇出組件。最后將電子學(xué)系統(tǒng)聯(lián)合起來作了總體時間分辨的測試，測試結(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)時中子探測器陣列的運(yùn)行情況，用宇宙線擊中閃爍

7、體并在兩個光電倍增管中產(chǎn)生的信號作為電子學(xué)系統(tǒng)的輸入，對整個探測器和電子學(xué)系統(tǒng)作了整體性能測試，并對采集到的測試數(shù)據(jù)作了幅度游動效應(yīng)的修正。最終結(jié)果表明，中子探測器陣列原型的總體時間分辨約為664ps，滿足實(shí)驗(yàn)的需要。本論文的主要創(chuàng)新之處在于： (1)針對國內(nèi)的ICF實(shí)驗(yàn)裝置首臺大面積中子探測器陣列的特點(diǎn)，研制了電子學(xué)系統(tǒng)原型中時序控制模塊，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)生的控制時序有效地屏蔽了干擾