重水素プラズマ実験におけるイオン温度測定用中性子スペクトロメータの開発

Neutron spectrometer to measure the ion temperature in the deuterium plasma experiments

岩井 春樹*; 直井 紀拓*; 浅井 啓輔*; 井口 哲夫*; 磯部 光孝*; 湯川 恭平*; 河原林 順*; 今野 力  

Iwai, Haruki*; Naoi, Norihiro*; Asai, Keisuke*; Iguchi, Tetsuo*; Isobe, Mitsutaka*; Yukawa, Kyohei*; Kawarabayashi, Jun*; Konno, Chikara

本研究グループでは、重水素プラズマ実験におけるイオン温度測定用中性子スペクトロメータとして共役粒子同時計数型中性子スペクトロメータを開発している。本システムは、中性子-水素原子核弾性散乱の共役粒子である反跳陽子,散乱中性子のエネルギーをそれぞれ反跳陽子テレスコープ法,二結晶型飛行時間法により測定し、それらを足し合わせることで、入射中性子のエネルギーを求めるものである。反跳陽子,散乱中性子の角度広がりの影響を受けないことから、比較的コンパクトなサイズでの高エネルギー分解能達成が可能である。日本原子力研究開発機構FNS加速器DD中性子源を用いた実験とモンテカルロシミュレーションによる設計検討により、DD中性子に対して5%のエネルギー分解能が期待できるシステム構成を提示した。また、この場合、イオン温度2keV以上の重水素プラズマに対して適用可能である。しかし、現時点では適用可能な中性子強度が大幅に限定されることがわかり、本システムの設置位置,コリメータの設計などダイナミックレンジ拡張に向けた具体的検討が今後求められる。

For ion temperature measurement in DD plasma experiments, we are developing a high energy resolution neutron spectrometer based on the associated particle detection using a proton recoil telescope and a time-of-flight spectrometer. To verify the operational principle and the basic performance of this system, we have set up a prototype system through Monte Carlo simulations and carried out a preliminary experiment with a DD neutron beam at the Fusion Neutronics Source (FNS), JAEA. The results have demonstrated that the energy resolution could be achieved around 5.0% (in FWHM) for DD neutrons