Пара слов о плазме, ч. 10. Нейтроны наразвес⁠⁠

Бывают совпадения — когда в черновиках поста уже третью неделю висят картинки и ссылки, администрация «Науки» объявляет фотоконкурс, а в карусели скринсейвера пробегает своя же фотография 2016 года. Вот эта:

...наука — штука хитрая. Чтобы получить результаты в экспериментальной физике, сначала нужно уйму лет выпиливать подходящий инструмент. Скажем, для инструмента под названием «Международный исследовательский термоядерный реактор ИТЭР» 13 лет назад начали расчищать площадку, лет через пять его включат в первый раз, а лет через пятнадцать раскочегарят на все катушки. На фотографии — макет первой версии одной из его диагностических систем, диверторного монитора нейтронного потока (разговорное — ДМНП или «этот ваш бинокль»). Если коротко — штука должна стоять невдалеке от дейтерий--дейтериевой или дейтерий-тритиевой плазмы и измерять, сколько же всего нейтронов получилось в термоядерной реакции. Эта запчасть для ИТЭРа будет делаться в ИЯФе, и фоточка сделана по просьбе разработчиков для отчётов и на память.

...В этом месте краткое описание, соответствующее правилам фотоконкурса, закончилось.

А теперь с подробностями. Дальше будет пара картинок, которые сделал не я.

Если вам привезли кубометр дров для печки, вы можете долго рассматривать их цвет и высоту поленницы; но волнует вас то, насколько жарко он сгорит. Если вы строите термоядерный реактор, вам чертовски полезно знать, насколько устойчива плазма в нём и как ведут себя быстрые ионы в ней; но важнее всего, сколько энергии выделится в реакции. Для этого нужно пересчитать получившиеся нейтроны. В штуках.

Нейтронных диагностик в ИТЭРе будет много. В том числе, три сборки ДМНП будут стоять за центральным куполом дивертора (в этом посте был рассказ про то, что это такое) и, собственно, считать прилетевшие нейтроны. Вот они, пара цилиндров на нижней стенке камеры [1]:

Сегодняшняя конструкция с виду не особо похожа на макет 2016-го года, но наполнение то же самое. Если натягивать сову на глобус, он ламповый.

Внутри стоят несколько камер, заполненных газом. В каждой — пара электродов. На поверхность камер напылён уран-235 или уран-238 (в других местах бывают и другие делящиеся изотопы, но в ИТЭРе — уран). Пролетающий нейтрон захватывается ураном, тот распадается — а осколки ионизируют газ. Электрическое поле выдёргивает электроны и отрицательные ионы к положительно заряденному электроду, положительные ионы — к отрицательно заряженному. Всё, как на этой картинке [2]:

Только ещё и с урановой отдушкой. Вот здесь схема другой нейтронной диагностики ИТЭРа, microfission chamber. Размер и расположение другое, а суть та же самая [3].

На (не моей!) фотографии MFC лучше видно, а как она, камера деления, вообще выглядит [4]:

Что-то похожее можно поставить в любом месте, где вы хотите посчитать нейтроны. Например, на ядерном реакторе (не забудьте проинструктировать медведя). А ещё можно запустить похожую штуку к Меркурию, об этом недавно был пост. Один из элементов в том приборе  — пропорциональный детектор, похожий по принципу работы на всё описанное [5]. Только вместо урана нейтроны ловит гелий-3, в реакции с которым получаются продукты с известными энергиями. А значит, если работает закон сохранения энергии, по сумме энергий осколков можно узнать и энергию прилетевшего нейтрона.

...но это уже нейтронные спектрометры, и рассказ о них будет уже извращённым надругательством над краткостью описания.

[1] https://www.researchgate.net/publication/336575520_EVALUATIO...

[2] http://www.hep.by/2012/03/21/kak-rabotaet-ionizacionnaya-kam...

[3] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S09203...

[4] https://www.iter.org/newsline/-/2478

[5] https://np.cosmos.ru/pribory/mgns