Фольговый радиационный болометр для измерения энергетических потерь плазмы быстрых z – пинчей

Фольговый радиационный болометр для измерения энергетических потерь плазмы быстрых Z – пинчей.

На современных мощных импульсных генераторах в экспериментах с Z – пинчами, длительности импульсов мягкого рентгеновского излучения составляют 4-10нс с мощностью излучения до 200ТВт [1]. Для измерения мощности излучения таких источников, как правило, применяются фольговые резистивные болометры, для которых реализовано временное разрешение порядка 1нс [2]. Существенное паразитное влияние на работу таких болометров оказывает фотоэффект от падающего рентгеновского излучения. Измерение энергии плазменных потоков с помощью резистивных болометров вообще невозможно, из-за проводимости прилетающей плазмы. В данной работе описан фольговый радиационный болометр, предназначенный для измерения потоков энергии излучения и плазмы на мощных импульсных плазменных источниках рентгеновского излучения. Наиболее широко радиационные болометры используются в экспериментах на установках типа токамак, для измерения излучательных потерь плазмы [3]. В описываемом приборе энергия излучения или ионных потоков поглощается ниобиевой фольгой толщиной 13мкм, предварительно нагретой квазипостоянным током длительностью 2с до температуры 1900 K. По световоду длиной 8м излучение фольги подавалось на полупроводниковый фотоприемник. Чувствительность измерений по результатам калибровок составила S=0.56мДж/мВ*см². Временное разрешение методики ~2.5мкс определяется временем теплового прогрева фольги. Реализованное временное разрешение позволяет в экспериментах с мегаамперными Z-пинчами зарегистрировать энергию излучения отдельно от энергии плазменных потоков разлетающейся плазмы. При этом на работу радиационного болометра не оказывает влияния фотоэффект от рентгеновского излучения и проводимость разлетающейся плазмы. Продемонстрирована работоспособность прибора на установке «Ангара-5-1» в экспериментах по сильноточным Z – пинчам с выходом энергии излучения 50-100кДж за импульс. Проведенные измерения показали, что плотность потоков энергии разлетающейся плазмы, в направлении перпендикулярном оси пинча, не превышает 5% плотности потока энергии мягкого рентгеновского излучения. Соответственно, для измерения полного выхода излучения в этом направлении достаточно использовать термопарные калориметры.

1. 
   R.B. Spilman, C. Deeney et all. Tungsten wire-array Z- pinch experiments at 200TW and 2MJ., Physics of plasma., v.5, No5, pp. 2105-2111, 1998.
   
2. 
   R. B. Spielman, C. Deeney, M. Guneo et all. Rev. Sci. Instrum. , v.70, p. 651, 1999.
   
3. 
   Ю.Г. Прохоров “К вопросу о регистрации потерь энергии плазмой”, ДАН СССР, т. 134, № 5, с. 1058 – 1060, 1960г.