Способ определения температуры плазмы

 

Изобретение относится к области диагностики высокотемпературной плазмы . Целью изобретения является определение электронной температуры (Tg) плазмы в широком диапазоне Т. 10 - 10 К с помощью единого метода, свободного от модельно-гзависимых предположений о состоянии плазмы, в частности , от распределения надтепловых электронов в плазме. Метод основан на сильной зависимости формы спектра аннигиляционной линии от Tg .. Для генерации аннигиляционного излучения из источника в исследуемую среду инжектируют позитроны, энергию которьк выбирают таким образом, чтобы они успели термализоваться за время удержания плазмы. Спектр излучения измеряют с помощью детекторов. Температуру определяют как по ширине спектра, так и,по энергии, соответствующей максимуму спектра аннигиляционной линии , что повышает надежность получаемой информации. Слабая зависимость вероятности аннигиляции в интервале температур 10 - 10 К от энергии позитронов и электронов позволяет определить температуру тепловых электронов без дополнительных предположений о спектре надтеловых электронов. Достоверность значения Tg оценивают по совпадению значения Тр, полученных из разных условий. i (Л со СП 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 13581 13 А1

A@4 Н 05 Н 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4049865/24-25 (22) 03,04.86 (46) 07.12.87. Бюп. 11 - 45 (72) Ф.А.Агаронян (53) 533.9 (088.8) (56) Лохте-Хольтгревен В. Методы исследования плазмы. — М.: Мир, 1971.

Лукьянов С.Ю. Горячая плазма и управляемый ядерныц синтез. — М.:

Наука, 1975. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

ПЛАЗМЫ (57) Изобретение относится к области диагностики вь1сокотемпературной плазмы. Целью изобретения является определение электронной температуры (Т ) плазмы в широком диапазоне Т 10

9 е

10 К с помощью единого метода, свободного от модельно-.зависимых предположений о состоянии плазмы, в частности, от распределения надтепловых электронов в плазме. Метод основан на сильной зависимости формы спектра аннигиляционной линии от Т .. Для гее нерации аннигиляционного излучения из источника в исследуемую среду инжектируют позитроны, энергию которых выбирают таким образом, чтобы они успели термализоваться за время удержания плазмы. Спектр излучения измеряют с помощью детекторов. Температуру определяют как по ширине спектра, так и, по энергии, соответствующей максимуму спектра аннигиляционной линии, что повышает надежность получаемой информации. Слабая зависимость вероятности аннигиляции в интервале температур 10 — 10 К от энергии по- а р 9 (D зитронов и электронов позволяет определить температуру тепловых электронов без дополнительных предположений о спектре нептеловев электронов. Достоверность значения Т оценивают по совпадению значения Те, полученных 2 из разных условий.

135811

Изобретение относится к области диагностики высокотемпературной плазмы, в частности к измерению электронной температуры плазМы спектроскопи() ческими методами, и может быть использовано также для определения плотностч плазмы.

Целью изобретения является расширение пределов определения электрон- 1р ной температуры плазмы (Т -10 — 109 К) беэ дополнительных предположений о спектре надтепловых электронов плазмы.

Способ осуществляется следующим

l образом, 15

Позитроны, инжектируемые в плазму,, во взаимодействиях с электронами плазмы аннигилируют с образованием гамма-квантов, причем аннигиляция происходит как до, так и после термализации позитронов. В результате аннигиляции надтепловых позитронов с энергией Е, формируется непрерывный спектр гамма-квантов в интервале шс2 шс2 энергий — — Е у Е + — — с двумя хао 2 .

4 Е2у

Т,= — — — — ——

4-1п2 mo2- К с относительной точностью (3)

4Те d(4Eg) 1, d"Eg КТ

2 — — — - — =,(— -) (- —,), (4)

Т 4Е у /1п2 Е mc2 где о Е /Е < — относительная точность измерения энергии фотона в области энергии Е7 500 кэВ. При изменении температуры электронов в широком диапазоне 10 — 10 К ширина аннигиля9 ционной линии меняется в пределах рактерными максимумами, симметрично расположенными относительно точки

Е =(Е +mc2) /2, о 30 где m — масса покоя электрона, г; с — скорость света, см/с.

Полная ширина эмиссионной линии на половине ее интенсивности равна

4Е =2 1n 2(тс "КТ ) (1) где Т вЂ” электронная температура плазмы, а спектр излучения является "голубосмещенным" (относительно тпс2) с максимумом при (2)

Из формул (1) и (2) следует соотношение для определения температуры электронов. Таким образом, измерение ширины аннигиляционной линии может 45 дать непосредственную информацию о температуре электронов

3 2

3-300 кэВ, доступных для измерения ширины линии 4Е существующими детекторами мягкого гамма-излучения.

Информацию о температуре плазмы дает также измерение энергии Е„„„,, соответствующей максимуму спектра аннигиляционного излучения

Е -mc2

Т =4/3 (5)

Относительная точность определения этой температуры

d Ò 4 макс 4 d ) 2 КТе

d (Е, )

)() (6)

Те 3 Кте 3ЕТ 2 хуже, чем в случае определения температуры по ширине линии дЕ . Это следует из сравнения выражейий (4) и (6), учитывая, что в реальных условиях КТ е < шс . Тем не менее сочетание двух независимых способов определения температуры Т повышает нае дежность получаемой информации, а достоверность значения Т определяют по совпадению значений Те, рассчитанных по указанным двум формулам.

При изменении температуры электронов в широком диапазоне 10 — 10 К

9 ширина аннигиляционной линии меняется в пределах 3-300 кэВ. Современные полупроводниковые детекторы на основе

Ge(Li) или чистого Ge в области энергии Е 500 кэВ обладают энергетическим разрешением 2-3 кэВ. Следовательно, с помощью этих детекторов можно изучать температуру плазмы путем регистрации аннигиляционного излучения начиная с Т е 210 К, при этом точность определения Т согласно формуле (4) составляет d Ò /Òe 0,06 (Те/5к х 10 К) 2. Применение полупроводниковых детекторов при Т z 5 -10" К оценить температуру другим независимым путем — по максимуму спектра аннигиляционного излучения, Хотя относи тельная точность измерения температуры этим способом хуже, тем не менее сопоставление двух независимых методов позволит повысить надежность получаемой информации о Т .

Формула изобретения

Способ определения температуры плазмы, включающий измерение спектра излучения плазмы и определение температуры плазмы по спектру излучения плазмы, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона

Составитель К.Кпоповский

Редактор В.Бугренкова Техред М.Ходаиич с

Корректор С. Шекмар

Заказ б009/57 Тираж 799

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 13581 измеряемых температур без дополнительных предположений о спектре надтепловых электронов и повышения достоверности измерений, в плазму инжектируют пучок позитронов, энергию 5 которых выбирают из условия

Е <8Ашс2 (ехр (iñ, п /5 .10 )-1), ! где п — плотность электронов, см ;, О, — время удержания плазмы, с;

m " масса покоя электрона; 10 с — скорость света, см/с;

А = 73+1п(Е,/" mc), измеряют ширину аннйгиляционной линии

13 4

dE7. возникающей при термализации и аннигиляции позитронов с электронами плазмы, и энергию Е„, соответствуМо1кс ющую максимуму в спектре аннигиляционного излучения, а температуру электронов плазмы Т определяют по сооте ношениям

Т =Л Е /41п2 К- mc и Т =4/3 (Е

-mc ) /К, где К вЂ” постоянная Больцмана, а достоверность значения Те оценивают по совпадению значений Те% полученных из этих соотношений.