Development of fast measurement system of neutron emission profile using a digital signal processing technique in JT-60U

JT-60Uにおけるデジタル信号処理技術を用いた中性子発生分布の高速計測システムの開発

石川 正男; 糸賀 俊朗*; 奥地 俊夫*; Nakohostin, M.*; 篠原 孝司; 馬場 護*; 西谷 健夫

Ishikawa, Masao; Itoga, Toshio*; Okuji, Toshio*; Nakohostin, M.*; Shinohara, Koji; Baba, Mamoru*; Nishitani, Takeo

ITERにおいて高精度の中性子発生量計測を実現するためには、高速計測システムの開発が不可欠である。JT60Uでは、スチルベン中性子検出器(SND)を使用して、中性子発生分布計測を行ってきた。しかし、SNDは中性子と線との弁別機能に優れた特徴を有する反面、内蔵されたアナログ回路を使用して弁別を行っているため、最大係数率は約10[cps]に制限されていた。このため、統計誤差が大きく、またダイナミックレンジが小さい等の欠点もあった。この問題を克服するために、Flash-ADCを用いて検出器のアノード信号を直接デジタル化して保存し、ソフトウェアによって中性子と線の弁別を行うデジタル信号処理(DSP)システムの開発を行った。さらに、検出器に較正用としてLEDを内蔵させ、光電子増倍管にゲイン変動が生じた際、ソフトウェア的にゲインフィードバックを行う手法を確立した。本DSPシステムをJT-60Uでの中性子計測に適用した結果、従来のアナログ回路を有するスチルベン検出器を用いた測定では計数率が飽和してしまう領域でも、計数率が飽和することなく、より高い計数率領域(10[cps])での計測に成功した。

A line-integrated neutron emission profile is routinely measured using Stilbene neutron detector in JT-60U tokamak. Although the SND has many advantages as a neutron detector, the maximum count rate is limited up to 10 cps due to the analog pulse shape discrimination (PSD) circuit. To overcome this issue, a digital signal processing (DSP) system using a flash ADC has been developed In this system anode signals from photomultiplier of the SND are directory stored and digitized. Then, the PSD between neutrons and rays is performed using software. The DSP system has been installed in the vertical neutron collimator system inJT-60U and applied to deuterium experiments. It is confirmed that the PSD is sufficiently performed and collimated neutron flux is successfully measured with count rate up to 10 cps without the effect of pileup of detected pulses.