[发明专利]一种兼具质量和能量分辨能力的中性粒子分析系统

说明书

本发明属于高温等离子体诊断领域，具体涉及一种兼具质量和能量分辨能力的中性粒子分析系统，包括剥离腔、分析模块和探测器阵列，剥离腔采用气体剥离，分析模块采用磁场分析，探测器阵列采用有能量分辨能力的半导体探测器；本发明的用于测量聚变等离子体中性粒子质量和能量的中性粒子分析系统，相对于传统中性粒子分析器采用静电场结合磁场分析的方法，采用磁场结合具有能谱测量能力的半导体探测器。通过磁场进行动量分析，通过脉冲幅度分析进行能量分析，不需要使用静电偏转系统，减少了分析模块的尺寸，降低了系统复杂度。

技术领域

本发明属于高温等离子体诊断领域，具体涉及一种兼具质量和能量分辨能力的中性粒子分析系统。

背景技术

在磁约束聚变高温等离子体中，离子和中性粒子(例如H原子)之间的共振电荷交换反应生成的中性粒子，几乎拥有与反应离子相同的能量。中性粒子不带电荷，其飞行轨迹不受磁场影响，有一定几率在下次碰撞之前从等离子体中逃逸出来。探测该反应产生的、从等离子体内部逃逸出的中性粒子，可以分析等离子体内部的离子和中性粒子密度信息。专门测量这种中性粒子能谱的诊断工具，称为中性粒子分析器(NPA)。

在磁约束聚变等离子体研究领域，NPA是高能离子物理分析、离子温度测量、中性粒子密度测量、聚变堆燃料密度比(T/D)测量的关键诊断工具。传统NPA的设计中，为了实现能量分析，一般用强静电场来偏转离子；为了同时实现质量和能量分析，一般用强磁场结合强静电场来偏转离子，探测部分一般在不同的偏转轨道上放置电子倍增管进行计数测量。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种兼具质量和能量分辨能力的中性粒子分析系统，可以对高温等离子体中性粒子诊断，而且兼具质量和能量分辨能力。

本发明的技术方案如下：

一种兼具质量和能量分辨能力的中性粒子分析系统，包括剥离腔、分析模块和探测器阵列，剥离腔采用气体剥离，分析模块采用磁场分析，探测器阵列采用有能量分辨能力的半导体探测器；

探测器阵列固定于主真空壁上，分布在不同的偏转路线上，探测器入射孔对准分析磁铁狭缝；

所述磁铁固定于主真空室器壁上，磁铁两个磁极为平面结构，之间留有细缝，保证磁场的强度足够并使离子顺利通过；

盒体固定于主真空室7器壁；

主真空室通过直管与聚变装置真空室相连，主真空室下方开口与抽气系统相连，第一准直隔板和第二准直隔板固定于主真空室壁上，第一准直隔板位于装置连接直管和剥离腔之间，第二准直隔板位于剥离腔和磁铁之间。

一种兼具质量和能量分辨能力的中性粒子分析系统，探测器的信号通过脉冲高度分析实现能量分辨和个数统计，通过磁场的动量分析结合探测器的能量分辨，同时实现质量和能量分辨。

一种兼具质量和能量分辨能力的中性粒子分析系统，所述剥离腔包括盒体和两个直管，两个直管分别焊装在盒体前后面上，两个直管的中轴线与主真空室聚变装置的连接管道中轴线重合。

一种兼具质量和能量分辨能力的中性粒子分析系统，所述盒体为中空腔体，优选采用304不锈钢材料。

一种兼具质量和能量分辨能力的中性粒子分析系统，所述分析模块包括磁铁，采用电磁铁或者永磁体。

一种兼具质量和能量分辨能力的中性粒子分析系统，所述探测器阵列优选采用半导体探测器。

一种兼具质量和能量分辨能力的中性粒子分析系统，所述主真空室优选采用304不锈钢材料。

一种兼具质量和能量分辨能力的中性粒子分析系统，第一准直隔板和第二准直隔板在装置连接直管中轴线上均开出直径为2mm左右的小孔。

本发明的有益效果在于：