强背景辐射下的低强度聚变伽马探测技术研究

Imploding inertial confinement fusion (ICF) provides unprecedented opportunities for the use of huge fusion energy. DT fusion gamma is good probe to diagnose fusion reaction history for no time dispersion and without influence of DT fusion zone of the plasma temperature. However, various developed fusion gamma-ray detection technology are unable to completely meet the demand of ICF fusion gamma-ray in detection low limit, obove-threshold/subthreshod distinguish and time resolution. In order to solve this problem, this project puts forward feasible technological approach based on energy threshold detection, spectrum characteristic and forward emission characteristic of cerenkov radiation, which can improve performance of cerenkov detector. We hope, through further research in this project, technology detail will be prefect and a good performance detector (obove-threshold/subthreshod distinguish more than 10E4, the corresponding neutron yield of detection low limit less than 10E12 n, intrinsic time resolution better than 100ps) will be completely designed, which may provide key technology support for the ICF fusion gamma-ray.

惯性约束聚变开辟了和平利用聚变能的巨大前景。DT聚变反应过程的诊断是研究聚变装置设计的重要手段。由于具有没有时间弥散和不受DT聚变区等离子体温度影响等优点，使得聚变伽马成为诊断DT聚变反应过程的良好探针。但是, 目前发展的各种聚变伽马测量方法，在探测下限、时间响应和阈上/阈下分辨等方面尚不能完全满足ICF聚变伽马测量的需要。本课题基于切伦科夫辐射的阈探测、光谱特性和前向发射特性，提出了提高切伦科夫探测器性能的可行技术途径，希望通过本课题的研究，完善相关技术细节，给出一种阈上阈下分辨能力大于10E4、探测系统测量下限对应的等效中子产额低至10E12 n，本征时间响应好于100ps的高性能聚变伽马探测方法，为ICF聚变伽马测量与诊断提供关键技术支持。

由于没有时间弥散和不受DT聚变区等离子体温度影响，聚变伽马探测一直是诊断DT聚变反应过程的良好探针，通过其测量结果可以更好的研究和认识聚变反应的物理过程。在当前聚变研究装置产额较低的情况下，一般需要采用具有阈探测能力的气体切伦科夫探测器进行聚变伽马探测。但是，由于气体切伦科夫辐射体本征的存在非切伦科夫发射现象，造成气体切伦科夫探测器的本征阈响应比不够理想（约为1000～3000），进而影响了其在强背景辐射场中的聚变伽马测量波形质量，不利于基于聚变伽马的聚变过程诊断。本项目针对气体切伦科夫探测器阈响应比不够理想展开研究工作，首先分析了气体切伦科夫聚变伽马探测器组成，建立了气体切伦科夫探测器结构参数最优化方法；其次，分析研究了探测器信号构成及其本征发射特性分析，明确了探测器阈下响应的构成因素 ；然后，实验研究了气体切伦科夫辐射体荧光发射特性研究，首次获取了典型气体切伦科夫辐射体微弱荧光发射参数；最后，基于实验获取的荧光光谱区别于切伦科夫光谱的特异性差别，研究了阈下荧光选择性抑制技术，建立了可行性较强的阈响应比提高途径。研究成果可以将气体切伦科夫探测器的阈响应比参数提高2个数量级，同时对切伦科夫信号的衰减小于5倍，对高质量的获取聚变伽马时间过程具有重要的意义。另外，项目创造性的提出了一种基于强流脉冲电子束加速器的光谱获取方法，对解决微弱发光现象的参数获取难题有帮助。