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核融合実験炉におけるD/T燃焼比測定用多重散乱型飛行時間中性子スペクトロメータの設計検討

Design consideration of a neutron spectrometer based on multiple-scattering TOF for D/T burning ratio measurement in ITER

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

ITERにおけるプラズマ中心付近の燃料比(重水素D/三重水素T比)計測の有力候補である中性子スペクトロメータについて、本研究ではエネルギー弁別が容易で比較的高効率が期待できる二結晶型飛行時間法に着目し、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)を挿入したシステムを提案した。本システムは、入射中性子ビームのラジエータとの散乱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比向上が期待できる。今回は中性子散乱体に水(2cm$$phi$$, 5cm厚)を採用したプロトタイプシステムの試作し、加速器DT中性子源を用いた本システムの性能を評価した。その結果、DT中性子の検出効率,エネルギー分解能ともにモンテカルロシミュレーション結果とおおむね一致し、本システムの応答を模擬できるシミュレーションモデルが構築できた。

Neutron spectroscopic technique can be applied to the measurement of fuel ratio, that is, deuterium and tritium densities, in the ITER plasma core. We have been developing a new time-of-flight neutron spectrometer that has a radiator in front of a pair of crystal. The radiator has a larger cross section of elastic scattering and acts as a neutron scattering material to enhance the DD/DT ratio of neutron before entering the TOF crystal. We produced a prototype system that has a water cell, 2 cm in diameter and 5 cm in thickness, as a radiator. The system performance such as detection efficiency and energy resolution were examined through an experiment with a DT neutron beam, FNS JAEA, and the experimental results agreed with simulated results.

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