核燃焼プラズマ診断用共役粒子同時検出型中性子スペクトロメータの開発

Development of neutron spectrometer based on associated particles coincident counting for burning plasma diagnostics

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

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

核融合実験炉では、中性子スペクトル計測によりDD中性子(2.45MeV)とDT中性子(14.1MeV)の強度比から燃焼D/T比(DとTの密度比)を知ることができ、プラズマ中心付近の情報を取得することが可能になる。これまでプラズマ中のイオン温度測定を測定するために共役粒子同時検出型高エネルギー分解能中性子スペクトロメータを開発してきたが、DD中性子検出のためには圧倒的に多く発生するDT中性子の散乱成分がバックグラウンドとなる。そこでこのスペクトロメータをDD中性子に対する検出効率をある程度重視した仕様に変更し、日本原子力研究開発機構核融合中性子源施設FNSにおいて基本性能をテストした。その結果をもとにITERへの適用性を評価したところ、ITERの燃焼D/T比に対する要求測定精度20%を満たす時間分解能が得られる見通しがたったが、燃料注入系制御のためにさらなるDD中性子検出効率の向上が必要なことがわかった。

Neutron spectrometry in a fusion reactor is a useful method to obtain the fuel ratio in the plasma core. The fuel ratio is derived from the intensity ratio of DD and DT neutron that are generated from DD and DT fusion reactions, respectively. Since the typical generation of DD neutrons is appropriately 0.5% of total neutrons, high energy resolution is important as well as detection efficiency to obtain enough SNR (Signal-to-Noise Ratio) for DD neutron detection. The design of the Associated Particle Coincident Counting Neutron Spectrometer (APCC-NS) developed to measure the ion temperature in the burning plasma was revised so that the system has an enough efficiency for DD neutrons, and the performance of the system was tested with the DD neutron beam at Fusion Neutronic Source (FNS), JAEA. As a result, a time resolution to satisfy 20% accuracy of fuel ratio measurement was obtained, but further improvement turned out to be necessary for the control of the fuel injection system.