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LHD重水素実験に向けた高速イオン診断用中性子スペクトロメータの開発

Development of 2.5 MeV neutron spectrometer toward deuterium plasma diagnostics in LHD

富田 英生*; 岩井 春樹*; 井口 哲夫*; 河原林 順*; 磯部 光孝*; 今野 力 

Tomita, Hideki*; Iwai, Haruki*; Iguchi, Tetsuo*; Kawarabayashi, Jun*; Isobe, Mitsutaka*; Konno, Chikara

本研究グループでは、重水素プラズマ実験における、高速イオンの速度分布測定のための2.5MeV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。NBI加熱されたLHD重水素プラズマより放出される中性子エネルギースペクトルのモデル計算より、DD核融合中性子ピークの半値幅は約7%程度であり、これよりも分解能の良いスペクトロメータが必要とされることを明らかにした。また、日本原子力研究開発機構核融合中性子源施設(FNS)の準単色DD中性子源を用いて、本検出器の基本性能を調べ、エネルギー分解能7%.検出効率3.3$$times$$$$10^{-7}$$counts/neutronを達成していることを確認した。

Neutron spectrometer based on coincident counting of associated particles has been developed for deuterium plasma diagnostics on Large Helical Device (LHD) at National Institute for Fusion Science. Efficient detection of 2.5 MeV neutron with high energy resolution would achievable by coincident detection of a scattered neutron and a recoiled proton associated to a elastic scattering of incident neutron in a plastic scintillator as a radiator. Calculated neutron spectra from deuterium plasma heated by neutral beam injection indicate that the energy resolution of less than 7% is required for the spectrometer to evaluate energetic deuterium confinement. By using a prototype of the proposed spectrometer, the energy resolution of 6.3% and the detection efficiency of 3.3$$times$$10$$^{-7}$$ counts/neutron were experimentally demonstrated for 2.5 MeV mono-energetic neutron, respectively.

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