Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Обзор источников рентгеновского излучения, использованных в ходе работы и детекторов рентгеновского излучения, не подверженных влиянию электромагнитных наводок 16
1.1 Плазменные источники рентгеновского излучения 16
1.2 Детекторы рентгеновского излучения, не подверженные влиянию электромагнитных наводок 39
1.3 Выводы к главе 1 52
ГЛАВА 2 Методика использования термолюминесцентных детекторов для диагностики рентгеновского излучения плазменных объектов 55
2.1 Описание методики 55
2.2 Восстановление спектра по кривым ослабления 59
2.3 Регистрация рентгеновского излучения лазерной плазмы 67
2.4 Диагностика рентгеновского излучения плазменного фокуса 72
2.5 Выводы к главе 2 78
ГЛАВА 3 Исследование излучательной способности установки типа «низкоиндуктивная вакуумная искра» 80
3.1 Описание схемы измерений 80
3.2 Исследование влияния формы электродов 85
3.3 Исследование влияния разрядного тока 89
3.4 Выводы к главе 3 93
ГЛАВА 4 Методика исследования пространственно распределенных источников рентгеновского излучения в плазменном объекте 94
4.1 Методика использования координатно-чувствительного детектора 94
4.2 Спектры излучения различных частей разряда 99
4.3 Выводы к главе 4 101
ГЛАВА 5 Диагностика аномальной электрон-электронной эмиссии в автоколебательном режиме пучково-плазменного разряда на пробкотроне ПР-2 102
5.1 Автоколебательный режим ППР и схема измерений 102
5.2 Высокоэнергетический спектр несамостоятельного режима АВЭР 108
5.3 Выводы к главе 5 113
Заключение 115
Список использованной литературы
- Детекторы рентгеновского излучения, не подверженные влиянию электромагнитных наводок
- Регистрация рентгеновского излучения лазерной плазмы
- Исследование влияния разрядного тока
- Спектры излучения различных частей разряда
Введение к работе
Актуальность исследований физических процессов, происходящих в импульсной плазме, особенно выражена в связи с развитием тематики управляемого термоядерного синтеза. Наряду с магнитным удержанием плазмы, рассматривается инерциальный термоядерный синтез (ИТС). Особую важность приобретают исследования по созданию мощных импульсных источников рентгеновского и нейтронного излучений на основе быстрых лазерных и электроразрядных устройств. Среди наиболее перспективных вариантов драйверов ИТС следует выделить Z-пинч и лазер. Каждый вариант имеет свои преимущества, потому так важны исследования для выбора наиболее эффективного драйвера. Исследования сопряжены с использованием высоковольтного оборудования, создающего мощные электромагнитные наводки, что накладывает ограничения на использование средств диагностики.
В связи с возможным прикладным применением плазменных источников рентгеновского излучения важно знать такие параметры плазмы, как спектр и интенсивность ее рентгеновского излучения, эффективность преобразования электрической энергии в энергию рентгеновского излучения.
Кроме того, параметры рентгеновского излучения в низкоэнергетичной области спектра исследованы крайне недостаточно, что затрудняло интерпретацию физических процессов в горячей плазме, поэтому такие исследования актуальны.
Актуальность представляемой работы заключается в исследовании свойств перспективных плазменных источников излучения с использованием детекторов, не подверженных воздействию электромагнитных наводок и работающих в линейном режиме в широком спектральном диапазоне.
Цель работы
Целью работы было исследование свойств и параметров плазмы импульсных разрядов при помощи разработанных и созданных малогабаритных помехоустойчивых спектрометрических систем с использованием термолюминесцентных детекторов в качестве чувствительного элемента.
Научная новизна
-
Исследования чувствительности термолюминесцентных детекторов (ТЛД) к рентгеновскому и ультрафиолетовому излучениям позволили создать на их основе помехоустойчивый комплекс для диагностики рентгеновского излучения плазмы в диапазоне энергий начиная от 0.5 кэВ и до 25 кэВ.
-
Впервые исследованы количественные зависимости выхода рентгеновского излученияот геометрических и токовых параметров установки типа низкоиндуктивная вакуумная искра (НВИ).
-
Впервые создан и апробирован экспериментально координатно-чувствительный детектор рентгеновского излучения на основе ТЛД для изучения пространственно-распределенных источников излучения в плазме.
-
В ходе исследования спектра рентгеновского излучения, сопровождающего аномальную электрон-электронную эмиссию в
автоколебательном режиме пучково-плазменного разряда (ППР), в обратном потоке обнаружена группа высокоэнергетичных электронов.
Практическая значимость
-
Создан спектрометр на основе ТЛД для изучения пространственного распределения спектральных характеристик рентгеновского излучения, применявшийся для диагностики плазмы НВИ, лазерной плазмы, плазменного фокуса, а также ППР.
-
Разработанная диагностическая система позволяет дать количественные оценки зависимости интенсивности рентгеновского излучения от геометрии электродной системы и тока разряда, а также оптимизировать параметры установки «Зона-2»
-
Показана возможность использования аномальной электрон-электронной эмиссии в автоколебательном режиме ППР для получения высокоэнергетического рентгеновского излучения.
-
При тестировании диагностического комплекса на основе ТЛД и сравнении его с системой диагностики рентгеновского излучения на основе pin-диодов на установке, использующей лазерный драйвер для генерации плазмы, показана работоспособность pin-диодов для регистрации рентгеновского излучения в условиях сильных электромагнитных полей.
Основные результаты и положения выносимые на защиту
1) Результаты исследования характеристик ТЛД, позволившие
создать помехоустойчивую малогабаритную систему диагностики импульсного рентгеновского излучения в спектральном диапазоне 0,5 – 25 кэВ.
-
Методика исследования зависимости интенсивности рентгеновского излучения установки типа НВИ от ее геометрических и токовых параметров, которая позволила получить количественные оценки эффективности преобразования электрической энергии в энергию рентгеновского излучения.
-
Методика исследования пространственно-разрешенных спектральных характеристик плазменных источников рентгеновского излучения и результаты исследования спектров различных областей разряда типа НВИ
-
Методика и результаты исследования рентгеновского излучения пучково-плазменного разряда в автоколебательном режиме, позволившие обнаружить обратный поток высокоэнергетичных электронов, бомбардирующий мишень.
Личный вклад соискателя
Все выносимые на защиту результаты и положения получены автором лично, либо при его непосредственном участии. Автор принимал участие в постановке, проведении и обработке результатов всех представленных в работе экспериментов.
Объем и структура работы
Детекторы рентгеновского излучения, не подверженные влиянию электромагнитных наводок
Возможность изменять конфигурацию электродов, полярность и разрядное напряжение позволяет более полно изучить излучательные параметры НВИ разряда.
Существует несколько моделей процессов, протекающих в микропинчевом разряде. Модель «радиационного сжатия» [18] является одной из самых обоснованных и подтвержденных экспериментами [8-14]. В рамках этой модели процесс рождения плазменной точки в разряде НВИ можно представить следующим образом.
Вначале реализуется инициация разряда триггерным или лазерным поджигом. Исходя из современных представлений, еще до замыкания разрядного промежутка плазмой, уже на начальной стадии развития искровых разрядов наблюдается интенсивная генерация пучков заряженных частиц (как электронов, так и ионов).
После инициации разряда в вакуумной камере происходит бомбардировка анода электронами, ускоренными в межэлектродном промежутке. Следующее за этим испарение поверхности анода приводит к зажиганию дуги, в которой количество частиц неоднородно по длине разрядного промежутка. Их количество заметно убывает по мере удаления от поверхности анода.
Первое сжатие происходит в результате пинчевания разрядного канала под действием сил магнитного давления. Сжатие происходит до некоторого минимального радиуса, определяемого равновесием плазменного давления и давления магнитного поля. Из-за отсутствия равенства между джоулевым нагревом плазмы и потерей энергии на излучение, происходит сжатие или расширение плазменного столба. Радиационные потери энергии в таком разряде значительно превосходят аналогичные потери в плазменном фокусе. Это обусловлено тем, что плазма в микропинчах состоит не из ионов легких элементов вроде дейтерия, а из хорошо излучающих паров материала металлических электродов.
Далее в межэлектродном промежутке образуется перетяжка с радиусом rmin 10-2 см. При этом плотность электронов в перетяжке достигает ne 1020 – 1021, а электроная температура Te 50 – 100 эВ. При достижении радиуса перетяжки rmin = 10-2 см джоулев нагрев становится больше излучательных потерь, сжатие шнура прекращается и начинается расширение. В результате вытекания плазмы из области перетяжки, температура в ней повышается. Когда она достигает величины Te 200 – 300 эВ, происходит ионизация L-оболочки атома железа. Потеря энергии на излучение резко возрастает, что приводит к быстрому второму сжатию плазмы до радиуса r 10-4 см, ne 1024 см-3 с нагревом Te 2 кэВ.
Второе сжатие (образование плазменной точки) следует за первым через 20 – 30 нс. Высокая плотность и температура во время второго сжатия приводят к глубокой ионизации паров материала электрода. Вытекание плазмы быстро приводит к аномальному сопротивлению, и вследствие этого, нагреву и разрушению плазменного столба (Te 10 кэВ). Время существования горячей плазменной точки составляет порядка 1 нс.
Тем не менее, проведенные ранее исследования так и не позволили изучить динамику изменения одного из основных параметров плазмы - электронной температуры в процессе разряда. Эти знания обеспечили бы дальнейшее развитие и уточнение модели «радиационного сжатия».
Также важно, что полученные экспериментальные данные можно было бы сравнить с расчетами, выполненными в работе [9] на основе данной модели для плазмы железа. Динамика изменения электронной температуры может быть исследована путем анализа экспериментальных данных о спектрах рентгеновского излучения плазмы микропинчевых разрядов.
Для исследования роли ускорительных процессов в эволюции микропинча, следует уделить дополнительное внимание жесткой области рентгеновского излучения порядка сотен килоэлектрон-вольт. Однако для получения более полной картины о физических процессах в плазме микропинча, необходимо обратить внимание и на более мягкую область – порядка единиц и десятков килоэлектрон-вольт. Таким образом, мы получаем достаточно трудоемкую задачу по измерению излучения в столь широком диапазоне. Кроме того, важно отметить, что помимо обычного отличия интенсивностей мягкой и жесткой компонент рентгеновского излучения на несколько порядков, изучаемые параметры могут отличаться от разряда к разряду, что представляет дополнительную сложность для исследователя.
Установки, использующие в своей работе плазменный фокус, представляют собой одно из решений задачи по созданию импульсного источника излучения. Данное направление исследований берет свое начало в работах Н.В. Филиппова и Т.И. Филипповой [1, 19] по генерации импульсной высокотемпературной плазмы в Z-пинчевых устройствах. На этих разрядных установках (рисунок 2) были получены высокие выходы рентгеновского и нейтронного излучений. Более поздние работы Дж. Мейзера [20, 21] в области плазменных инжекторов привели к аналогичным результатам (рисунок 3).
В 60-е годы во ВНИИЭФ под руководством В.А. Цукермана, Н.Г. Макеева, В.Г. Румянцева был разработан новый тип камер плазменного фокуса – СФК – сферические камеры [22] (рисунок 4).
Для установок ПФ филипповского типа характерно отношение диаметра центрального электрода (анода) к его длине D/L 1, а для мейзеровского -D/L 1. Сферическая схема исполнения электродов позволяет создать более компактную систему по сравнению с филипповский и мэйзеровской установками. Кроме того, такая форма анода позволяет обеспечить более плавное движение токо-плазменной оболочки вдоль его поверхности и избежать резких изменений направления ее движения.
Регистрация рентгеновского излучения лазерной плазмы
Диагностика плазменных объектов по рентгеновскому излучению является одним из наиболее эффективных методов получения информации о параметрах излучающей плазмы и протекающих в ней процессах [40-42, 48, 49].
Импульсное рентгеновское излучение плазмы характеризуется высокой интенсивностью (более 10 квантов за вспышку) и малой длительностью импульса ( 10-8 с), и при этом имеет довольно сложный спектр с максимумом в низкоэнергетической области (порядка одного кэВ).
Наличие мощных электромагнитных помех, сопутствующих разряду, может внести значительные искажения в рабочий сигнал как на стадии его формирования и при передаче. Это требует разработки специальных защитных мер или использования нечувствительных к электромагнитным наводкам детекторов. Кроме того, в случае наличия более высокоэнергетичного хвоста ( 10 кэВ) возникают определенные сложности и с использованием кристаллических спектрографов, так как отсутствуют кристаллы с достаточно малым межплоскостным расстоянием.
В таких условиях, когда невозможно раздельно зарегистрировать частицы и излучение, а следовательно, невозможна и их раздельная спектрометрия, для получения информации о спектре излучения становится актуальным применение различных ядерно-физических методов измерения спектра импульсного рентгеновского излучения [40].
Так, одним из наиболее распространенных и проверенных методов измерения спектра импульсного рентгеновского излучения является метод «серых» фильтров (фильтров поглощения) [40, 48]. Суть данного метода заключается в спектральной селекции первичного потока рентгеновского излучения с помощью поглощающих фильтров различной толщины. При этом интенсивность излучения, прошедшего через фильтр, зависит от энергии этого излучения, коэффициента поглощения и толщины фильтра.
Основными преимуществами этого метода являются простота проведения эксперимента и возможность использования различных типов детекторов (фотопленки, ТЛД, сцинтилляторы) для непосредственной регистрации излучения, что существенно расширяет доступный изучению спектральный диапазон.
Проведенные исследования характеристик ТЛД, в т.ч. их чувствительности к различным видам излучения, позволили создать на их основе малогабаритный помехоустойчивый спектрометр. В качестве чувствительных к излучению элементов использовались ТЛД, изготовленные из Li-F, активированного Ti. Данный тип детекторов не чувствителен к вакуумному ультрафиолету по сравнению с рентгеновским, что позволяет в ряде случаев не использовать фильтры.
Кроме того, LiF детекторы не чувствительны к электромагнитным наводкам, не требуют оперативной системы считывания сигнала (в отличие от алюмофосфатного стекла, Li-F детекторы способны достаточно длительное время хранить поглощенную дозу с незначительным спадом люминесценции), имеют широкий диагностический диапазон поглощенной дозы излучения.
Такой комплекс свойств позволил разработать и создать малогабаритный спектрометр рентгеновского излучения (0 20 мм, длина 20 мм), предназначенный для диагностики в спектральном диапазоне 1 25 кэВ (с учетом возможности использовать детекторы без защитных фильтров).
Спектрометр представляет собой фланец с габаритами, позволяющими расположить его внутри вакуумной камеры, изображен на рисунке 13. В отверстия в фланце за фильтрами помещались сборки ТЛД. Его конструкция позволяет получать не только данные о спектре излучения, но и определять полную дозу рентгеновского излучения установки, необходимую для определения коэффициента преобразования электрической энергии в энергию рентгеновского излучения.
Использование сборок ТЛД вместо отдельных детекторов позволяет достигать полного поглощения излучения в канале спектрометра, что увеличивает точность регистрации дозы излучения и позволяет увеличить точность измерения спектра этого излучения и других его параметров. Сборки ТЛД детекторов закрывались фильтрами различной толщины, изготовленными из различных материалов (лавсан, Be, Al, Cu).
В процессе измерения спектра рентгеновского излучения были использованы различные методы регистрации рентгеновского излучения, такие как: - метод «серых» фильтров (кривая ослабления строится по показаниям сборок детекторов из каналов спектрометра за фильтрами различной толщины); - метод поглощенной энергии (анализ сигналов «таблеток» ТЛД одной сборки); метод фильтров Росса (анализ сигналов со сборок, расположенных за фильтрами из различных материалов). Показания ТЛД считывались при помощи серийного промышленно изготовленного прибора ДВГ-02ТМ, который осуществлял нагрев, считывание и запись результатов измерений для последующей обработки в полуавтоматическом режиме.
Калибровка спектрометра была осуществлена на стенде, в котором использовалась импульсная рентгеновская трубка с набором флуоресцентных эмиттеров и комплект радиоизотопных источников рентгеновского излучения [50]. 2.2 Восстановление спектра по кривым ослабления
Восстановление спектров рентгеновского излучения по измеренной в ходе эксперимента кривой ослабления проводилось методом эффективных энергий [40, 51-53].
В ходе эксперимента измеряется кривая ослабления, представляющая собой зависимость энергии J(x) рентгеновского излучения, прошедшего сквозь фильтр и полностью поглощенного в детекторе, от толщины данного фильтра X.
Восстановление спектра рентгеновского излучения по кривым ослабления (т.е. решение обратной задачи) требует привлечения специальных методов решения этой задачи, в том числе и привлекающих сложные математические модели [40, 54].
Рассмотрим наиболее простой метод решения данной задачи - это метод эффективных энергий. Этот метод - графический, и, теоретически, должен давать менее точные результаты. Несмотря на это, применение метода эффективных энергий на практике показывает его достаточно высокую точность, удовлетворяющую требованиям подавляющего большинства решаемых практических задач.
Метод основан на том, что в случае монохроматического рентгеновского излучения, кривая ослабления представляет собой следующую зависимость (1): ](х) =/(0) е Е) х , (1) Где значение отношений интенсивностей излучения, прошедшего через фильтр толщиной x и без фильтра —— = е Е х , в полулогарифмических координатах зависимость данного отношения от толщины фильтра представляет собой прямую, тангенс наклона которой ц(Е0) (линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения в веществе) для данной энергии E0. Получив зависимость —— от толщины фильтра x, можно определить значение E0 по значению (2):
Исследование влияния разрядного тока
Эксперименты производились на лабораторной установке «Зона-2», которая представляет собой разрядное устройство типа «низкоиндуктивная вакуумная искра», конструкция и параметры которой приведены в [58]. Разряд осуществлялся в вакуумной камере, откаченной до давления не выше 10–4 Торр. Инициирование разряда производилось путем поджига триггерными разрядниками. Емкость накопительной конденсаторной батареи составляет С0 = 20 мкФ. В качестве рабочей среды разряда выступали пары материала анода разрядного устройства, при этом период разряда составил – 8,5 мкс, а ток разряда достигал величины до 220 кА. Конструкция данной установки позволяла использовать различные конфигурации электродной системы (два острия, острие-плоскость, две плоскости и другие комбинации).
Известно, что при одинаковых конфигурации и параметрах разрядной системы решающей характеристикой, отличающей эти системы, является топология электрических полей в промежутке между электродами и в непосредственной близости от их поверхности.
Одним из важных параметров, влияющих на развитие разряда, является напряженность поля в прикатодной области, которая существенным образом влияет на эмиссионные процессы на катоде. В частности, напряженность поля влияет на плотность тока автоэлектронной эмиссии, которая играет важную роль при формировании канала разряда вакуумной искры.
Компьютерное моделирование электрических полей в разрядном промежутке позволяет получить общую картину и произвести сравнение напряженностей электрических полей, создаваемых исследуемыми электродными системами. Моделирование методом конечных элементов представлено в работе [58]. В данной работе наибольшие расчетные значения напряженности электрического поля составили порядка 4 104 В/cм. Область их локализации располагалась у вершин острийных электродов в геометрии электродной системы “острие– плоскость” и “острие–острие”
Кроме того, важную роль играет взаимное расположение электродов: так, максимальная напряженность поля у внешнего электрода для варианта “острие– плоскость” снижается в три раза по сравнению с геометрией “плоскость–острие”. При этом различие в величинах напряженностей полей у поверхностей внешнего и внутреннего острийных электродов, прежде всего, обусловлено влиянием внешнего токовода.
Приведенные в работах [59-62] исследования размеров области эрозии на аноде и рентгеновских обскурограмм позволяют сделать вывод, что область взаимодействия потоков плазмы с поверхностью для плоского анода превосходит величину соответствующей области на острийном аноде почти на порядок. Аналогичные выводы можно сделать и на основе приведенной оценки поперечных размеров излучающей в К-линиях плазмы. Все это говорит о снижении плотности потока электронов с катода при расчете на единицу площади поверхности анода, что приводит к уменьшению конценитрации плазмы в области вблизи анода и, соответственно, значительно ухудшает условия пинчевания.
Поскольку классическая спектрометрия отдельных квантов рентгеновского излучения плазмы микропинча практически невозможна, то для получения информации о спектре излучения приходится применять различные ядерно-физические методы. Использовался метод фильтров поглощения [40] (сигналы с семи сборок за фильтрами различной толщины, в том числе один канал мог использоваться без фильтра), а также метод поглощенной энергии (анализ сигналов с каждого детектора ТЛД одной сборки) [40]. Рисунок 23 - Схема эксперимента
Для того, чтобы диагностировать низкоэнергетическую ( 2 кэВ) часть спектра, был использован разработанный малогабаритный спектрометр на основе ТЛД, помещенный внутрь вакуумной камеры установки. Использование нечувствительного к УФ излучению ТЛД детектора ДТГ-4, позволило в ряде случаев производить измерения без использования фильтров.
Сборки помещались и закреплялись в камере за фильтрами поглощения (см. рисунок 23) различной толщины (от 6 мкм Al до 350 мкм Cu), изготовленных из различных материалов (Be, Al, Cu). В случае использования, фильтры вносили ограничения на диапазон энергии регистрируемых квантов ( 4 кэВ). В дальнейшем было показано, что для более низких энергий можно не использовать фильтры. Кроме того, при анализе результатов измерений с одной сборки сами детекторы выступают в роли фильтров.
Параллельно, контроль наличия импульсов рентгеновского излучения осуществлялся в реальном времени при помощи pin-диода. При помощи рентгеновской камеры-обскуры с пространственным разрешением 30 мкм и рентгеновской фотопленки на данной установке были получены изображения области разряда (рисунок 24).
Спектры излучения различных частей разряда
Исследование высокоэнергетического «хвоста» распределения рентгеновского излучения, полученного при торможении в мишени вторичных электронов, эмитированных в автоколебательном режиме пучково-плазменного разряда (ППР), возможно с помощью рентгеновской диагностики. В качестве главного инструмента для диагностики рентгеновского излучения был использован спектрометр на основе ТЛД.
Результаты произведенных исследований указывают на наличие в обратном потоке группы ускоренных электронов, энергия которых, значительно (на порядок) превышает ее возможный прирост при однократном пролете осциллирующего коллекторного напряжения.
Как ранее было установлено в экспериментах с пучково-плазменным разрядом, в основе генерации высокочастотных автоколебаний лежит неустойчивость, которая связана с высокой электрон-электронной эмиссией с отрицательно смещенной коллекторной пластины. При этом ВАХ коллектора приобретает неоднозначность по току и N-образную форму.
На вольтамперной характеристике появляется участок отрицательного дифференциального сопротивления. В результате, между потоком электронов первичного пучка и коллекторной пластиной устанавливается положительная обратная связь. Это приводит к раскачке электромагнитных колебаний, длительность импульсов которых определена временем установления положительной обратной связи – скоростью электрон-электронной эмиссии, которая определяется временем восстановления на поверхности коллектора диэлектрической пленки. Условия для протекания таких процессов возникают при наличии в плазме высокоэнергетичной группы электронов и коэффициенте вторичной электронной эмиссии поверхности, большим единицы.
В экспериментах с ППР на установке ПР-2 было показано, что обмен зарядами между плазмой и коллекторной пластиной, на которую подается отрицательное смещение при определенных условиях, становится неустойчивым, так как возникают динамические дебаевские слои.
Скорость действия положительной обратной связи при вторично-эмиссионном механизме ОДС определяется временем пролета (порядка 10-10 с) высокоэнергетичными электронами приэлектродного слоя объемного заряда. На соответствующих этой велечине частотах пренебрежение токами смещения уже недопустимо. Тогда в эквивалентную схему разрядной цепи, как и для обычных ВЧ разрядов, следует внести емкость приэлектродного слоя. Тогда разрядную цепь можно представить как LC-контур с внутренней положительной обратной связью.
Таким образом, механизм положительной обратной связи базируется на аномально высокой эмиссии вторичных электронов, которая приводит к генерации автоколебаний на резонансных частотах. Для автоколебательного вторично-эмиссионного разряда АВЭР [37] прикладываемое к коллекторной пластине отрицательное постоянное напряжение источника составляет 100 600 В, при этом амплитуда импульсов возбуждаемых автоколебаний может во много раз превысить это значение. Все это определяет особенности спектрального распределения высокоэнергетичной группы электронов. На рисунке 30 представлена характерная осциллограмма автоколебаний.
В данной работе был исследован несамостоятельный режим АВЭР в продольном магнитном поле. Для зажигания первичного ППР использовалась автономная электронная пушка. Схема эксперимента представлена на рисунке 31.
Обычные спектрометрические и контактные зондовые методы изучения распределения высокоэнергетичной группы электронов в плазменном шнуре приводят к значительным возмущениям, а в области больших энергий – их применение связано еще и с высокими напряжениями. Кроме того, они не позволяют реализовать разделение первичного и обратного потока, включающего электроны отраженные и эмитированные поверхностью коллектора.
В таком случае наиболее оптимальным выходом представляется использование рентгеновских методов диагностики. При этом спектр высокоэнергетичной ( 4 кэВ) группы электронов восстанавливается по результатам диагностики рентгеновского излучения. А благодаря использованию многоканальной системы регистрации, становится возможным получение наиболее полной информации о параметрах рентгеновского излучения плазмы за один опыт.
Разделение первичного и обратного вторично-эмиссионного потоков реализовано за счет использования поперечного центробежного дрейфа в условиях слабо искривленного магнитного поля. Как показано на рисунке 31(б), через отверстие в диафрагме 4 проходит первичный пучок электронов.
На выходе из ловушки магнитная ось имеет небольшое отклонение от геометрической оси установки. Его можно регулировать при помощи специальной боковой катушки. Тогда при заземлении коллектора 8 плазменный шнур, а вместе с ним и первичный пучок, следует этому закруглению, так как поляризация плазменного шнура подавляется под действием центробежного дрейфа за счет хорошего электрического контакта между коллектором и плазменным шнуром по тепловому электронному компоненту. При отрицательном смещении потенциала коллектора с помощью внешнего источника контакт по тепловому электронному компоненту нарушается, что приводит к развитию желобковой неустойчивости [71], приводящей к спрямлению плазменного шнура. Обратный электронный поток при этом также испытывает дрейф в скрещенных полях: магнитном и индуцированном электрическом. Он смещается по радиусу кривизны магнитной трубки и в результате попадает на сплошную часть диафрагмы. При этом системой диагностики регистрируется сопутствующее рентгеновское излучение.
В работе впервые проведена рентгеновская диагностика АВЭР. Для измерения параметров автоколебания применялись высокочастотные делители напряжения, пояса Роговского, высокочастотные шунты. В качестве регистрирующей аппаратуры использовались высокочастотные осциллографы и методы рентгеновской диагностики.
В данной работе использован спектрометр на основе термолюминесцентных детекторов (ТЛД). Он содержит 13 каналов регистрации, укомплектованных сборками таблеток ТЛД из фтористого лития, расположенных один за другим. Сборки размещаются в углублениях кассеты и закрываются фильтрами ослабления из алюминиевой фольги различной толщины. Тип и толщина используемых фильтров ограничивают чувствительность спектрометра. Минимально измеряемая энергия регистрируемых рентгеновских квантов при этом составляет порядка 4 кэВ.
Показания с ТЛД считывались с помощью прибора ДВГ-02ТМ. Уровни сигналов термолюминесценции не превышали паспортных показаний, приведенных изготовителем ТЛД. В ходе измерения спектра рентгеновского излучения использовались метод фильтров (сигналы со сборок за фильтрами различной толщины) и метод поглощенной энергии (анализ сигналов ТЛД одной сборки).