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核融合実験炉における燃料密度比測定用多重散乱飛行時間中性子スペクトロメータの適用検討

Applicability of multi-scattering time-of-flight neutron spectrometer to measure the fuel density ratio in experimental fusion reactor

湯川 恭平*; 浅井 啓輔*; 富田 英生*; 井口 哲夫*; 岩井 春樹*; 河原林 順*; 今野 力 

Yukawa, Kyohei*; Asai, Keisuke*; Tomita, Hideki*; Iguchi, Tetsuo*; Iwai, Haruki*; Kawarabayashi, Jun*; Konno, Chikara

プラズマ中の燃料密度比(重水素Dと三重水素Tの密度比)はDT核融合炉のプラズマ燃焼制御において不可欠なパラメータであり、プラズマより発生するDT中性子(14.1MeV)とDD中性子(2.45MeV)の強度比より算出できるが、DD中性子発生率はDT中性子の約1/200と低く、微量なDD中性子検出がカギである。本研究では中性子散乱体で散乱した中性子を飛行時間法で測定する多重散乱飛行時間中性子スペクトロメータの開発を行っている。中性子散乱体中の水素原子核はDD中性子に対し大きな弾性散乱断面積を持つため(DT中性子に対する弾性散乱断面積の約3倍)、微量なDD中性子検出の一助となる。これまで加速器DT中性子源を用いDT中性子中の微量DD中性子検出を行った。その結果、$$gamma$$線起因の偶然同時計数がバックグラウンドとなりDD/DT中性子強度比の精度を悪化させていたため、中性子-$$gamma$$線弁別を用いたシステム改善を行った。今回は本スペクトロメータをITER搭載時に予測されるサンプリングタイム,測定精度を評価した。その結果、ITER最高出力時に要求測定精度20%に対しサンプリングタイム2秒程度ならば適用可能であるという見通しを得た。

We are developing a new neutron spectrometer to apply to the measurement of the D/T burning ratio in the ITER high-power operation region. This system is based on the conventional double crystal TOF method and consists of a water cell and several pairs of scintillators. A water cell is inserted before the first scintillator of the TOF system and acts as a radiator or neutron scattering material. Because DD neutrons have a larger cross section of elastic scattering with hydrogen than DT neutrons, the elastic scattering in the radiator enhances the relative ratio of DD/DT intensity by approximately three times before entering the TOF system. The enhancement of the relative intensity of DD neutrons makes the detection of DD neutrons easier. The feasibility of this method as a neutron spectrometer has been verified through a preliminary experiment using a DT neutron beam (20 mm$$phi$$) at the Fusion Neutronics Source, Japan Atomic Energy Agency, which includes a small amount of DD neutrons.

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