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Novel concept of time-of-flight neutron spectrometer for measurement of the D/T burning ratio in the ITER

ITERにおけるプラズマ中燃料比(D/T比)測定のための新しい概念の中性子飛行時間スペクトロメータ

浅井 啓輔*; 直井 紀拓*; 井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 西谷 健夫

Asai, Keisuke*; Naoi, Norihiro*; Iguchi, Tetsuo*; Watanabe, Kenichi*; Kawarabayashi, Jun*; Nishitani, Takeo

中性子スペクトロスコピーは、プラズマ中の核融合反応で発生するDD中性子,DT中性子の強度比の計測から燃焼に寄与したD/T比(燃料比)の評価に利用できる。本研究では、ITERプラズマ中心付近燃料比(D/T比)測定用に、飛行時間を測定する結晶対の前にDT中性子よりもDD中性子に対して大きな弾性散乱断面積を有する中性子散乱体(ラジエータ)を挿入することにより結晶対に入射する中性子のDD/DT強度比を上げ、DD中性子検出のS/N比向上を図る新しいシステム概念の中性子飛行時間スペクトロメータを提案した。このシステムでは飛行時間測定のトリガー信号を生成する検出器を入射ビームに直接曝すことがないため、飛行時間法の問題点であるアクシデンタルカウントを大幅に低減でき、微量のDD中性子検出に有利でもある。中性子散乱体として水(2cm$$phi$$,5cm厚)を採用したプロトタイプシステムを作製し、日本原子力研究開発機構FNSの加速器DT中性子源を用いた本概念の原理実証実験とモンテカルロシミュレーションを通して、本システムが中性子スペクトロメータとして成立することを示した。

A time-of-flight (TOF) neutron spectrometer is one of the candidates of the measurement of the D/T burning ratio in ITER. In the ITER high power experiments, the TOF system would suffer from high event rate or accidental counts due to high radiation intensities, which can be one of background sources for DD neutron measurement. We propose a new neutron spectrometer to apply to the measurement of the D/T burning ratio in the ITER high power operation region. This system is based on the conventional double crystal TOF method and consists of a water cell and several pairs of scintillators. A water cell is inserted before the first scintillator of the TOF system and acts as a radiator or neutron scattering material. Because DD neutrons have a larger cross section of elastic scattering with hydrogen than DT neutrons, the elastic scattering in the radiator enhances the relative ratio of DD/DT intensity by about 3 times before entering the TOF system. The enhancement of the relative intensity of DD neutrons makes the detection of DD neutrons easier. The feasibility of this method as a neutron spectrometer and the basic performances of this system have been verified through a preliminary experiment using a DT neutron beam (20 mm$$phi$$) at the Fusion Neutronics Source, Japan Atomic Energy Agency.

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パーセンタイル:20.28

分野:Instruments & Instrumentation

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