燃焼D/T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開発基礎研究

Basic study on development of neutron spectrometer based on multiple-scattering TOF for D/T burning ratio measurement

浅井 啓輔*; 直井 紀拓*; 井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 今野 力  

Asai, Keisuke*; Naoi, Norihiro*; Iguchi, Tetsuo*; Watanabe, Kenichi*; Kawarabayashi, Jun*; Konno, Chikara

プラズマ中心付近の燃料比(D/T比)計測手法用の飛行時間中性子スペクトロメータについて、本研究では飛行時間を測定する結晶対の前に水のセル(数cm,数cm厚)を挿入したシステムの開発を行っている。本システムは、入射中性子ビームの水の中の水素原子核との弾性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比向上を狙うものである。今回は ITERへの適用を想定したモンテカルロシミュレーションによって、本システムの主な設計パラメータであるラジエータサイズやエネルギー測定のための飛行距離について検討を行い、さらに期待される時間分解能を評価した。その結果、実機最高出力時に数秒の時間分解能でのプラズマ中心付近のDD/DT中性子強度比測定が期待できることを示した。

We have been developing a time-of-flight neutron spectrometer to measure the fuel ratio in burning plasma core. This system consists of a water cell and a pair of scintillators. The water cell is inserted before the scintillator pair. The pair of scintillators is used to measure the flight time of the scattered neutron from the water cell. Elastic scattering with hydrogen nuclei in the water cell enhances the DD/DT neutron ratio and make the detection of DD neutron easier. We have considered the system configuration by Monte Carlo simulations and clarified the expected measurement accuracy and time resolution in the upper region of the ITER DT phase. This system is expected to achieve a time resolution of a few seconds with 20% accuracy for a measurement of the intensity ratio of DD/DT neutron at the ITER full power operation.