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LHD重水素実験に向けたシンチレーティング光ファイバーに基づく高速中性子指向性検出器の最適化

Optimization of directional fast neutron detector based on scintillating optical fibers for deuterium experiment in LHD

中田 直樹*; 高田 英治*; 磯部 光孝*; 小川 国大*; 西谷 健夫*; 井口 哲夫*; 富田 英生*; 佐藤 聡; 河原林 順*

Nakada, Naoki*; Takada, Eiji*; Isobe, Mitsutaka*; Ogawa, Kunihiro*; Nishitani, Takeo*; Iguchi, Tetsuo*; Tomita, Hideki*; Sato, Satoshi; Kawarabayashi, Jun*

核融合科学研究所LHD装置における中性子発生プロファイル計測を目的として、中性子とシンチレーティング光ファイバーの反跳陽子発生確率の前方性を利用して指向性を持たせることにより、シンチレーティング光ファイバーによる高速中性子指向性検出器を開発している。シンチレーティング光ファイバー形状の最適化による指向性向上を目指して、14MeV中性子を入射させた場合の、閾値以上のエネルギー付与イベント数をPHITSによって計算した。自己遮蔽の影響により、シンチレーティング光ファイバーに対して平行に中性子を入射させた場合、後方部分でのイベント数が少なくなった。シンチレーティング光ファイバーの長さを短くしても角度依存性は大きく変化しなかったが、細くした場合、角度依存性が向上することがわかった。開発したシンチレーティング光ファイバーを用いて、原子力機構FNSにおいて、DT中性子線源による中性子計測実験を行った。得られた角度依存性は計算結果より悪かった。シンチレーティング光ファイバーの高い$$gamma$$線感度等が原因として考えられる。今後はLHDで予想される中性子, $$gamma$$線場を前提に検出器の再設計を行う予定である。

In order to measure the profile of the neutron generation in LHD at NIFS, we have developed the directional fast neutron detector based on scintillating optical fibers by using the forward direction of the probability of the recoil proton generation by the neutron and the scintillating optical fibers. We have enhanced the directional quality by optimizing the configuration of the scintillating optical fibers. In case 14 MeV neutrons were incident to the detector, we calculated the number of the energy deposition events with the energy of more than threshold value by PHITS. In case they were incident to the detector parallel, the number of the events at the rear part lessened due to the self-shielding. Even if the scintillating optical fiber was shortened, the angular dependency was not so changed. In case it was thin downed, it was found that the angular dependency was enhanced. We performed the neutron measurement experiment by using the developed detector and the DT neutron source at JAEA/FNS. The angular dependencies by the experiment were worse than those by the calculation. It is thought to be causally related to the high sensitivity to the $$gamma$$-ray of the detector. In the future, we will redesign the detector for the neutron and $$gamma$$-ray field in LHD.

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