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Efficient generation of fast neutrons by magnetized deuterons in an optimized deuterium gas-puff z-pinch

D Klir, A V Shishlov, V A Kokshenev, P Kubes, A Yu Labetsky, K Rezac, R K Cherdizov, J Cikhardt, B Cikhardtova, G N Dudkin2015年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Z-pinch experiments with deuterium gas puffs have been carried out on the GIT-12 generator at 3 MA currents. Recently, a novel configuration of a deuterium gas-puff z-pinch was used to accelerate deuterons and to generate fast neutrons. In order to form a homogeneous, uniformly conducting layer at a large initial radius, an inner deuterium gas puff was surrounded by an outer hollow cylindrical plasma shell. The plasma shell consisting of hydrogen and carbon ions was formed at the diameter of 350 mm by 48 plasma guns. A linear mass of the plasma shell was about 5 µg cm−1 whereas a total linear mass of deuterium gas in single or double shell gas puffs was about 100 µg cm−1. The implosion lasted 700 ns and seemed to be stable up to a 5 mm radius. During stagnation, m = 0 instabilities became more pronounced. When a disruption of necks occurred, the plasma impedance reached 0.4 Ω and high energy (>2 MeV) bremsstrahlung radiation together with high energy deuterons were produced. Maximum neutron energies of 33 MeV were observed by axial time-of-flight detectors. The observed neutron spectra could be explained by a suprathermal distribution of deuterons with a high energy tail . Neutron yields reached 3.6 × 1012 at a 2.7 MA current. A high neutron production efficiency of 6 × 107 neutrons per one joule of plasma energy resulted from the generation of high energy deuterons and from their magnetization inside plasmas.

日本語訳

3 MAの電流でGIT-12発生装置において重水素ガスパフを用いたZピンチ実験が行われた。最近、重水素を加速し高速中性子を生成するために、新規の構成の重水素ガスパフZピンチが使用された。大きな半径で均質かつ導電性の高い層を形成するため、内側の重水素ガスパフは外側の中空円筒状プラズマシェルで囲まれた。水素と炭素イオンからなるプラズマシェルは、350 mmの直径で48基のプラズマガンによって形成された。プラズマシェルの線質量は約5 µg cm⁻¹であったのに対し、単一または二重シェルガスパフにおける重水素ガスの総線質量は約100 µg cm⁻¹であった。 implosion は700 ns持続し、5 mmの半径までは安定であるように見えた。スタグネーション中、m = 0 の不安定性がより顕著になった。ネックの崩壊が発生すると、プラズマインピーダンスは0.4 Ωに達し、高エネルギー(>2 MeV)の制動放射とともに高エネルギー重水素が生成された。軸方向の飛行時間型検出器により、最大33 MeVの中性子エネルギーが観測された。観測された中性子スペクトルは、高エネルギーの尾部を持つ超熱的(非熱的)重水素分布によって説明できる。2.7 MAの電流において、中性子収量は3.6 × 10¹²に達した。高エネルギー重水素の生成とプラズマ内部でのその磁化の結果、プラズマエネルギー1ジュールあたり6 × 10⁷個の中性子という高い中性子生成効率が得られた。

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