Neutron elastic recoil detection for hydrogen isotope analysis in fusion materials

核融合材料中の水素同位体分析のための中性子弾性反跳粒子検出

久保田 直義; 近藤 恵太郎; 落合 謙太郎; 西谷 健夫

Kubota, Naoyoshi; Kondo, Keitaro; Ochiai, Kentaro; Nishitani, Takeo

水素同位体分布分析の限界深さを数100mまで拡張するために、中性子ビームを使った中性子弾性反跳粒子検出法(NERDA)を示した。原子力機構の核融合中性子源で生成された14.1MeV中性子ビームは試料の法線方向から入射する。試料から放出された粒子は、E-E検出器で計測される。入射中性子のフルエンスは真空容器後方に設置した核分裂計数管でモニターした。まず、重水素密度が既知である、厚さ100mの重水素化ポリエチレンを標準試料として原理検証実験を行った。その結果、ポリエチレンの分析限界深さ801mの12%に相当する、99mの深さ分解能が得られた。これは、炭素で構成されるプラズマ対向壁の試料分析に対しては、61mの深さ分解能が期待でき、再堆積層全深さ領域にわたって水素同位体分布を得ることができる。さらに応用例として、NERDAを用いたJT-60Uプラズマ対向壁内の水素同位体分布分析を行った。

The Neutron Elastic Recoil Detection Analysis (NERDA) using a neutron beam was proposed to extend the analyzing depth of hydrogen isotopes up to several hundreds micrometers. The 14.1 MeV neutrons beam produced by the Fusion Neutronics Source facility in Japan Atomic Energy Agency entered a sample from the normal direction. Emitted particles from the sample were measured using a E-E counter telescope detector. Incident neutron fluence was monitored with a U fission chamber located behind the target chamber. The proof-of-principle experiment was performed using a standard sample of deuterated polyethylene film containing a known concentration of deuterium with the thickness of 100 m. The depth resolution was evaluated to be 99 m corresponding to 12% of the maximum probing depth of 801 m for the sample. For a carbon-based Plasma Facing Component (PFC) sample the depth resolution was expected to be 61 m, which was enough to reveal hydrogen isotope distributions of co-deposited layers. Also, we applied NERDA to analyses of hydrogen isotope distributions in PFCs of JT-60U.