Способ определения температуры плазмы

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 511 4 Н 05 Н 1/О ИДЕТЕЛЬСТВУ Н АВТОРСНО-25 гревен В.ы. - М.: МГорячая плныц синтез тоды ис 1971. зма иК ЕМПЕРАТУРЫ ени плазмы 10 К с бодного положен но эле ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИЕ ИЗОБР(57) Изобретение отндиагностики выс коте осится к областио мпературной плаз ью изобретения является опреэлектронной температуры (Т,) в широком диапазоне Т 10 -епомощью единого метода, своот модельно-,зависимых предий о состоянии плазмы, в чаот распределения надтепловых нов в плазме. Метод основан,ЯО 1358113 на сильнои зависимости ф мы спектра аннигиляционной линии от ,. Для геенерации 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 9зитронов и электронов позволяет определить температуру тепловых электронов без дополнительных предположений о спектре надтеловых электронов. Достоверность значения Те оценивают по совпадению значения Те, полученных 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 ной температуры плазмы (Т -10 - 109 К) беэ дополнительных предположений о спектре надтепловых электронов плазмы.Способ осуществляется следующим 1образом, 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 интервалешс 2 шс 2энергий -- Е (Е + -- с двумя ха 2 - о 2. 35 ДЕ 2 т,= ------4-1 п 2 тс К с относительной точностью(3)50 рте 4( ВЕ у) 1, ЮЕрКте." 22 ---- - =,( -- ,) (- - ,)(4) Т ВЕ у )/1 п 2 Е. шс 2где (Е/Е ) - относительная точность измерения энергии фотона в области энергии Е 500 кэВ. При изменении температуры электронов в широком диапазоне 10 - 10 К ширина аннигиля 9ционной линии меняется в пределах рактерными максимумами, симметричнорасположенными относительно точкиЕ =(Е +тс 2) /2,о 30где ш - масса покоя электрона, г;с - скорость света, см/с,Полная ширина эмиссионной линиина половине ее интенсивности равнаде =2 оп 2(тс 2 кт )2, (1)где Те - электронная температураплазмы,а спектр излучения является "голубосмещенным" (относительно шс 2) с максимумом при(2)Из формул (1) и (2) следует соотношение для определения температурыэлектронов. Таким образом, измерениеширины аннигиляционной линии может 45дать непосредственную информацию отемпературе электронов з 23-300 кэВ, доступных для измерения ширины линии дЕ. существующими детекторами мягкого гамма-излучения,Информацию о температуре плазмы дает также измерение энергии Е соответствующей максимуму спектра аннигиляционного излученияЕ -тс 2т,=4/З (5) Относительная точность определения этой температурыст 4 (е(" 4 д)Е) (-,) (6) те 3 Кте 3 ЕТ щ"хуже, чем в случае определения температуры по ширине линии дЕ, Это следует из сравнения выражейий (4) и (6), учитывая, что вреальных условиях КТ ешс . Тем не менее сочетание двух независимых способов определения температуры Т повышает наедежность получаемой информации, а достоверность значения Те определяют по совпадению значений Те, рассчитанных по указанным двум формулам.При изменении температуры .электронов в широком диапазоне 10 - 10 К9 ширина аннигиляционной линии меняется в пределах 3-300 кэВ. Современные полупроводниковые детекторы на основе Се(Ь 1) или чистого Се в области энергии Е 500 кэВ обладают энергетическим разрешением 2-3 кэВ. Следовательно, с помощью этих детекторов можно изучать температуру плазмы путемрегистрации аннигиляционного излучения начиная с Т е 710 К, при этом точность определения Те согласно формуле (4) составляет те/Те0,06 (те/5 х х 10 К) 12. Применение полупроводниковых детекторов при Т е 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 изобретенияСпособ определения температуры плазмы, включающий измерение спектра излучения плазмы и определение температуры плазмы по спектру излучения плазмы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазонаКорректор С,Шекмар Заказ б 009/57 Тираж 799ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подпис но.е Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 3 13581измеряемых температур без дополнительных предположений о спектре надтепловых электронов и повышения достоверности измерений, в плазму инжектируют пучок позитронов, энергию 5которых выбирают из условияЕ 8 Ашс Гехр (с п/5 10 ц)-13,где п - плотность электронов, см ;,О, - время удержания плазмы, с;и " масса покоя электрона; Юс - скорость света, см/с;А = 73+1 п(Е,/и тс),измеряют ширину аннйгиляционной линии 13 4дЕ 7., возникающей при термализации ианнигиляции позитронов с электронамиплазмы, и энергию Е , соответствуМо 1 кс фющую максимуму в спектре аннигиляционного излучения, а температуру электронов плазмы Т определяют по соотеношениямТ =4 Е/41 п 2 К шс и Т =4/3 (Е-шс) /К,где К - постоянная Больцмана,а достоверность значения Те оцениваютпо совпадению значений Теу полученныхиз этих соотношений.