Детальная информация

Данная работа посвящена расчёту спектров термоядерных нейтронов для проектируемого сферического токамака Глобус-3. Целью работы является получение первых оценок формы энергетического спектра DD-нейтронов в предположении о максвелловском распределении топливных ядер и анализ влияния угловой зависимости дифференциального сечения на форму спектра. В ходе выполнения работы на основе проектных параметров Глобус-3 были сформированы консервативный и ожидаемый профили ионной температуры для двух фаз работы установки, а также использованы разные профили температуры на основе модельных формул. С использованием параметризации полного сечения Боша-Хейла и дифференциального сечения Гончарова построен энергетический спектр нейтронов реакции D〖(d,n)〗^3He для максвелловских ионов. Расчёты выполнены в двух вариантах: с учётом угловой зависимости дифференциального сечения и в пренебрежении ею. Проведено сравнение спектров для консервативного и ожидаемого сценариев, а также для модельных формул профиля температуры, оценена ширина спектра и её связь с ионной температурой, определена радиальная область локализации реакции. Выполнена успешная верификация обоих вариантов расчётов - с учётом и без учёта угловой зависимости дифференциального сечения. Оба случая дают одинаковую площадь под графиком спектра и естественным образом нормированы на рассчитанную независимо полную скорость реакции, как и должно быть физически. При этом форма спектров различается: при пренебрежении угловой зависимостью даёт узкий пик вблизи 2.45 [МэВ], тогда как учёт реального дифференциального сечения приводит к уширению спектра и появлению двух заметных плеч по обе стороны от основного пика. Ширина спектра растёт с температурой ионов. Полученные спектры могут служить точкой отсчёта для более сложных моделей, включающих вклад быстрых ионов от NBI. Область применения: физика высокотемпературной плазмы и управляемого ядерного синтеза, проектирование термоядерных источников нейтронов и гибридных систем синтеза-деления, разработка и анализ данных нейтронных диагностик.

This work is devoted to the calculation of fusion neutron spectra for the projected Globus-3 spherical tokamak. The aim of the work is to obtain first estimates of the DD neutron energy spectrum shape under the assumption of a Maxwellian distribution of fuel ions and to analyze the effect of the differential cross section angular dependence on the spectrum shape. In the course of the work, conservative and expected ion temperature profiles for two phases of the facility operation were constructed based on the Globus-3 design parameters; additionally, different temperature profiles based on model formulas were used. Using the Bosch-Hale total cross section parametrization and the Goncharov differential cross section parametrization, the energy spectrum of neutrons from the D(d,n)³He reaction was calculated for Maxwellian ions. The calculations were performed in two versions: taking into account the angular dependence of the differential cross section and neglecting it. The spectra were compared for the conservative and expected scenarios, as well as for the model temperature profiles; the spectrum width and its relation to the ion temperature were estimated; the radial localization region of the reaction was determined. The results showed that at Globus-3 temperatures both versions of the calculation — with the angular dependence of the differential cross section and neglecting this dependence — yield the same area under the spectrum curve, as physically expected. At the same time, the spectrum shapes differ: neglecting the angular dependence produces a narrow peak near 2.45 MeV, whereas taking the real differential cross section into account leads to a broadening of the spectrum and the appearance of two noticeable shoulders on both sides of the main peak. The spectrum width increases with ion temperature. The obtained spectra can serve as a reference point for more complex models including the contribution of fast ions from NBI. Field of application: high-temperature plasma physics and controlled nuclear fusion, design of fusion neutron sources and hybrid fusion-fission systems, development and analysis of neutron diagnostics data.