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論文

Evaluation of two-stage system for neutron measurement aiming at increase in count rate at Japan Atomic Energy Agency - Fusion Neutronics Source

篠原 孝司; 石井 啓一*; 落合 謙太郎; 馬場 護*; 助川 篤彦; 笹尾 眞實子*; 北島 純男*

Review of Scientific Instruments, 85(11), p.11E823_1 - 11E823_4, 2014/11

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

A neutron flux array is one of the important plasma diagnostics to obtain the information on fast ion population. However, the limited flux owing to its collimator results in the small number of pulse counts and the large statistical error. The method to increase the pulse counts is required. Here, we propose a multi-stage neutron detection system, in which several sets of a scintillator and photo-multiplier tube (PMT) are placed in a line-of-sight. In order to evaluate the performance of the multi-stage detection system, we have carried out experiments on a two-stage detection system using a neutron beam at FNS (Fusion Neutronics Source) of JAEA (Japan Atomic Energy Agency). The results have shown the concept of the multi-stage detection system works as expected. In the best setup, the test two-stage system reached about 1.7 (1.8) times the efficiency of a single scintillator and PMT system for 2.54 (14) MeV neutrons.

論文

Research and development of neutron detection system using scintillator and digital-signal processing

篠原 孝司; 石井 啓一*; 落合 謙太郎; 馬場 護*; 笹尾 眞實子*; 北島 純男*

Plasma and Fusion Research (Internet), 8, p.1402144_1 - 1402144_9, 2013/11

A collimated neutron flux array system in JT-60U successfully upgraded performance of higher counting rate and the capability to detect 14 MeV neutrons as well by using a fast digitizer in 2006. Additionally, detailed analysis of the recorded waveform on JT-60U and FNS has provided us new findings. In this paper, firstly, characteristics of pulse shapes and neutron-$$gamma$$ discrimination parameters investigated by the detailed analysis of digitized waveform data are described. Next, new data analysis procedure for neutron-$$gamma$$ discrimination based on the characteristics is proposed. In the new procedure, an appropriate projection surface, on which we can define the discrimination boundary, has been introduced in three-dimensional discrimination parameter space. The problem of pulse height variation, which occurs when a counting rate is high in high performance plasma, and its countermeasures are also presented. The system using the countermeasure of a booster method successfully has avoided the problem in the high neutron flux condition of $$sim$$2$$times$$10$$^{5}$$ counts/s on FNS.

論文

Fast neutron-$$gamma$$ discrimination on neutron emission profile measurement on JT-60U

石井 啓一*; 篠原 孝司; 石川 正男; 馬場 護*; 磯部 光孝*; 岡本 敦*; 北島 純男*; 笹尾 眞實子*

Review of Scientific Instruments, 81(10), p.10D334_1 - 10D334_3, 2010/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:64.73(Instruments & Instrumentation)

Automatic analysis of the neutron-$$gamma$$ pulse shape discrimination has been developed for the neutron emission profile monitor, which uses stilbene scintillation detectors, in JT-60U. In the automatic analysis, linear discriminant function is applied to determine the line dividing between neutron events and $$gamma$$-ray events on the 2D map. In order to verify the validity of the determined line, the pulse shape discrimination quality is evaluated with the ratio of $$gamma$$-ray events to neutron events, namely contamination by $$gamma$$-ray. As a result, it is clear that $$gamma$$-ray contamination is below to statistical error with the time resolution of 10 ms.

論文

ITPA会合報告,29

諫山 明彦; 榊原 悟*; 古川 勝*; 松永 剛; 山崎 耕造*; 渡邊 清政*; 井戸村 泰宏; 坂本 宜照; 田中 謙治*; 田村 直樹*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 86(6), p.374 - 377, 2010/06

この会合報告は、2010年春に開催された国際トカマク物理活動(ITPA)の会合報告を取りまとめたものである。取りまとめたトピカルグループは"MHD安定性","輸送と閉じ込め物理","統合運転シナリオ","ペデスタル物理"及び"高エネルギー粒子物理"の計5グループである。報告内容は、各トピカルグループの国内委員により、各会合で発表されたITER実現に向けた物理課題の解析結果や装置間比較実験報告、また次回会合までに行うべき課題などについてである。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,27

長壁 正樹*; 篠原 孝司; 東井 和夫*; 藤堂 泰*; 濱松 清隆; 村上 定義*; 山本 聡*; 井戸村 泰宏; 坂本 宜照; 田中 謙治*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 85(12), p.839 - 842, 2009/12

この会合報告は、2009年秋に開催された国際トカマク物理活動(ITPA)の会合報告を取りまとめたものである。取りまとめたトピカルグループは"高エネルギー粒子物理","輸送と閉じこめ物理","ペデスタル物理","MHD安定性","計測"、及び"統合運転シナリオ"の計6グループである。報告内容は、各トピカルグループの国内委員により、各会合で発表されたITER実現に向けた物理課題の解析結果や装置間比較実験結果報告、また次回会合までに行うべき課題などについてである。

論文

Measurement of DT and DD neutrons with a TOF spectrometer for determination of fuel ion density ratio in ITER

岡田 耕一*; 近藤 恵太郎; 落合 謙太郎; 佐藤 聡; 今野 力; 岡本 敦*; 小渕 隆*; 北島 純男*; 笹尾 真実子*

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.8, p.666 - 669, 2009/09

ITERにおける燃焼制御のために燃料イオン密度比測定が求められている。この燃料イオン比はリアルタイムでフィードバックされなければならないので、燃料イオン比測定のための中性子計測システムには高い計数率が求められる。ITERの通常運転時では、DT中性子はDD中性子の200倍発生すると見積もられている。われわれはTOFスペクトロメータを用いた中性子計測システムを開発し、原子力機構FNSのDD中性子をわずかに含むDT中性子ビームに適用した。燃料イオン比を測定するために、それぞれの中性子からの信号を弁別するウィンドウを用いたシステムを構築し、DT中性子とDD中性子の分離計測に成功した。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,24

井戸村 泰宏; 吉田 麻衣子; 矢木 雅敏*; 田中 謙治*; 林 伸彦; 坂本 宜照; 田村 直樹*; 大山 直幸; 浦野 創; 相羽 信行; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 84(12), p.952 - 955, 2008/12

2008年の秋季に、ITPAに関する6つの会合(「輸送と閉込め物理」,「周辺及びペデスタル物理」,「MHD安定性」,「統合運転シナリオ」,「高エネルギー粒子物理」,「スクレイプオフ層及びダイバータ物理」)が開催された。前回までのグループが再編成されグループ名も改称されるとともに、新議長,新副議長が就任し、各国の委員も更新された。各会合の詳細と次回会合の予定(開催日程,場所)等を報告する。

口頭

ITERにおける燃料比測定用中性子スペクトロメータの開発

西谷 健夫; 岡田 耕一; 佐藤 聡; 笹尾 真実子*; 岩崎 智彦*; 菅原 隆徳; 神藤 勝啓*; 北島 純男*; 野村 健*

no journal, , 

ITERの燃焼制御において、燃焼領域中心における水素イオン比(燃料比)を測定する必要がある。その方法の一つであるDT/DD反応比を用いる方法について検討した。これは全中性子のエネルギースペクトルからDD反応による中性子のエネルギースペクトルを分離することによりDT/DD反応比を求め、それを用いて燃料比を得るという方法である。目的を達成するためには、スペクトルの分離が可能で、短時間内に高計数が得られるスペクトロメータの開発が必要となる。そこで、本研究では粒子輸送コードMCNPを用いて、燃料比測定用TOFスペクトロメータについて検討した。計算体系はITERの炉本体から計測位置までの体系(ITER体系)とスペクトロメータの体系(TOF体系)とにわけて計算している。ITER体系においてはスペクトロメータの配置箇所(プラズマからの距離),スペクトロメータに入射する中性子数及び、成分分離を可能とする分解能についての計算を行った。TOF体系においては、まず、効率とエネルギー分解能の視点で第1検出器の厚さの最適化を図り、さらにエネルギースペクトルの半値幅、及び入射中性子あたりに計数される中性子数を計算した。これらの計算によって、燃料比測定のための最適な条件が得られ、燃料比測定が可能であることが示された。

口頭

TOFスペクトロメータを用いたDT, DD中性子分離計測法の開発

岡田 耕一; 近藤 恵太郎; 佐藤 聡; 西谷 健夫; 野村 健*; 岡本 敦*; 岩崎 智彦*; 北島 純男*; 笹尾 真実子*

no journal, , 

ITERの燃焼制御、特に粒子制御において、プラズマ領域中心の重水素/三重水素イオン比を測定することが求められている。その方法の一つとして、DT/DD反応比を用いる方法が提案されている。DT中性子が支配的な場において、DD中性子を計測するためには、全中性子からDD中性子を分離して計測する必要がある。その一環としてFNSのDT中性子源を用いて、TOFスペクトロメータ(2結晶型飛行時間測定法)による分離測定法の検証を行った。DT中性子とともに微量ながらDD中性子を発生させて、DT, DD中性子を同時に独立して測定し、DT中性子スペクトルを測定できることを実証した。一方、DD中性子のピークエネルギーが、DT中性子と検出器中の炭素との非弾性散乱によって発生する数種類の非弾性散乱中性子のエネルギー範囲に存在したため、DD中性子の測定に問題が生じることがわかった。モンテカルロ計算(MCNP)を行うことにより、実験結果の妥当性を示すとともに、分離測定の原理実証については一定の成果を得ることができた。また、TOFスペクトロメータの設計(2つの検出器の配置)についての検討を行った。

口頭

ITERにおける中性子計測を用いた燃料比測定法の開発

岡田 耕一; 近藤 恵太郎; 落合 謙太郎; 佐藤 聡; 今野 力; 西谷 健夫; 野村 健*; 岡本 敦*; 北島 純男*; 笹尾 真実子*

no journal, , 

ITERにおいて、燃焼領域中心の$$n_{mathrm{d}}$$/$$n_{mathrm{t}}$$燃料イオン比を測定することが求められている。燃料イオン比を測定するための一つの方法としてDT/DD反応比を利用したものがあり、われわれは中性子計測を用いて反応比を求めることを目標としている。本報告では、燃料比測定を目的とした中性子計測システムに対して要求される性能についての検討に対する報告を行う。計測器としては2結晶型のTOFスペクトロメータを採用した。ITERをモデル化し、プラズマでの中性子発生数から計測器への入射中性子数を求め、第1検出器の飽和が起こらない条件を導いた。また、燃焼制御のサポートを目的としていることから、100ms以内に統計精度10%を得ることを目標とし、それに合うような計数効率の条件、つまり、第1検出器に入射した中性子数に対するTOFスペクトロメータとしての計数の割合が要求に見合うような条件も導いた。モンテカルロコード(MCNP)を用いてTOFスペクトロメータで用いる検出器の配置の変化による計数効率への影響を調べ、上記2つの条件と合わせて検討した。

口頭

核燃焼プラズマにおける燃焼制御のための中性子分離計測

岡田 耕一*; 近藤 恵太郎; 落合 謙太郎; 佐藤 聡; 今野 力; 岡本 敦*; 小渕 隆*; 北島 純男*; 笹尾 真実子*

no journal, , 

ITERのプラズマ制御のために、プラズマ中心における燃料イオン比を測定する必要がある。DT反応とDD反応の反応確率は燃料イオン比に依存するため、それぞれのエネルギーの中性子を計測することによって燃料イオン比の情報を得ることが可能である。本研究では、二結晶型TOFスペクトロメータ法による燃料イオン比の情報を得るための中性子スペクトル測定を原子力機構FNSの中性子源を用いて行い、DT中性子とDD中性子の分離計測の原理実証試験を行った。

口頭

JT-60Uにおける中性子プロファイルモニタを用いたELM研究

石井 啓一*; 篠原 孝司; 大山 直幸; 仲野 友英; 石川 正男; 馬場 護*; 磯部 光孝*; 北島 純男*; 笹尾 眞實子*

no journal, , 

JT-60Uでは7視線の中性子プロファイルモニタを用いて、中性子発生率の空間分布を計測してきた。2006年よりデジタル信号処理システムを導入したことにより、高計数率環境下での計測が可能となった。これにより中性子発生率の時間変化が高い時間分解能で得られるようになった。このシステムにより今回ELMイベントに同期した中性子発生率の減少が観測された。また減少のタイミングには視線ごとの違いがみられるという結果が得られた。今回、この現象について統計処理を行うことで、より高い精度でのELMとの相関関係を調査した。本発表では、得られた結果をバルクのプラズマと比較することで、この中性子の振る舞いにおける高速イオンの役割を議論する。

口頭

DD中性子源によるデジタル信号処理を用いたスチルベン検出器の性能評価

石井 啓一*; 篠原 孝司; 高倉 耕祐; 落合 謙太郎; 磯部 光孝*; 馬場 護*; 柏 総一郎*; 岡本 敦*; 北島 純男*; 笹尾 真実子*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構・那珂核融合研究所のJT-60Uトカマク装置ではITERなどの次世代の核融合炉における$$alpha$$粒子の挙動を明らかにするため、プラズマ中に閉じ込められた高速イオンに関する研究が行われている。高速イオン研究のために必要な計測手法の1つとして中性子分布計測が挙げられ、JT-60Uでは7本のコリメータアレイを使用した中性子発生率の分布計測が行われている。JT-60Uにおける中性子分布計測では検出器の計数率が高いことから光電子増倍管からの出力信号を連続波形として高速のアナログ-デジタルコンバータ(Flash-ADC)に直接取り込み、計測後にソフトウェアを用いてn-$$gamma$$弁別を行うデジタル信号処理システムが適用されている。デジタル信号処理を用いたn-$$gamma$$弁別には電荷積分法を採用しており、2種類の2次元プロットを使用している。今回、2種類の次元プロットに対して$$gamma$$線混入率の定量的評価を行い、各弁別方式に対する$$gamma$$線混入率の波高依存性について調査した。また日本原子力研究開発機構・核融合中性子源施設において、DD中性子源による7本のスチルベン検出器に対して感度較正を行った。

口頭

Measurement of response on d-T neutrons of two-stage system for neutron emission profile measurement using a neutron beam at FNS

篠原 孝司; 石井 啓一*; 落合 謙太郎; 馬場 護*; 笹尾 眞實子*; 北島 純男*

no journal, , 

A neutron flux array is one of the important plasma diagnostics to obtain the information on fast ion population. The d-T neutrons produced by deuteron-triton reaction bring us the information on 1 MeV tritons in deuterium plasmas in present-day tokamaks. However, the number of d-T neutrons is small, so that higher detection efficiency is required for a neutron detector. Here, we propose a multi-stage neutron detection system, in which several sets of a scintillator and photo-multiplier tube (PMT) are placed in a line-of-sight. In order to evaluate the performance of the multi-stage detection system, we have carried out experiments on a two-stage detection system using a d-T neutron beam at FNS (Fusion Neutronics Source) of JAEA (Japan Atomic Energy Agency). The results have shown the concept of the multi-stage detection system works as expected. In the best setup, the test two-stage system reached about 1.8 times the efficiency of a single scintillator and photomultiplier tube system.

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