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浅井 啓輔*; 湯川 恭平*; 井口 哲夫*; 直井 紀拓*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 山内 通則*; 今野 力
Fusion Engineering and Design, 83(10-12), p.1818 - 1821, 2008/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)DTプラズマ中のD/T比は、DD/DT反応によって発生するDD中性子(2.45MeV)とDT中性子(14.1MeV)の測定によりそれらの中性子強度比から求めることができ、測定にはDT中性子中の微量なDD中性子の検出が鍵となる。本研究では、TOF法をベースに、飛行時間を測定するシンチレータ対の前に中性子散乱体(水)を挿入した多重散乱飛行時間中性子スペクトロメータ(MS-TOF)の開発を行っている。本システムは、ビームライン上にアクティブな検出器を持たないことと中性子散乱体中の水素原子核がDT中性子よりもDD中性子に対して大きな弾性散乱断面積を有することを利用して、シンチレータ対に入射する中性子束のDD/DT中性子強度比を向上させることができ、微量DD中性子の検出に有利である。今回は、日本原子力研究開発機構核融合中性子源施設FNSの加速器DT中性子源を用いて、本システムによるDT中性子ビーム中の微量DD中性子検出を試みた。その結果、DT中性子ピークとともにDD中性子ピークも観測できた。また予備的ながら、使用した中性子ビーム中のDD/DT中性子強度比を評価し、妥当な結果を得た。
浅井 啓輔*; 直井 紀拓*; 井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 西谷 健夫
Review of Scientific Instruments, 77(10), p.10E721_1 - 10E721_3, 2006/10
被引用回数：3 パーセンタイル：20.25(Instruments & Instrumentation)中性子スペクトロスコピーは、プラズマ中の核融合反応で発生するDD中性子,DT中性子の強度比の計測から燃焼に寄与したD/T比(燃料比)の評価に利用できる。本研究では、ITERプラズマ中心付近燃料比(D/T比)測定用に、飛行時間を測定する結晶対の前にDT中性子よりもDD中性子に対して大きな弾性散乱断面積を有する中性子散乱体(ラジエータ)を挿入することにより結晶対に入射する中性子のDD/DT強度比を上げ、DD中性子検出のS/N比向上を図る新しいシステム概念の中性子飛行時間スペクトロメータを提案した。このシステムでは飛行時間測定のトリガー信号を生成する検出器を入射ビームに直接曝すことがないため、飛行時間法の問題点であるアクシデンタルカウントを大幅に低減でき、微量のDD中性子検出に有利でもある。中性子散乱体として水(2cm
,5cm厚)を採用したプロトタイプシステムを作製し、日本原子力研究開発機構FNSの加速器DT中性子源を用いた本概念の原理実証実験とモンテカルロシミュレーションを通して、本システムが中性子スペクトロメータとして成立することを示した。
直井 紀拓*; 浅井 啓輔*; 井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 西谷 健夫
Review of Scientific Instruments, 77(10), p.10E704_1 - 10E704_3, 2006/10
被引用回数：5 パーセンタイル：29.76(Instruments & Instrumentation)核融合実験炉における中性子スペクトル計測は、燃焼プラズマ中のイオン温度(速度分布)を知る有力な手段である。国際熱核融合実験炉ITERにおいては、DT中性子(14.1MeV)に対し3%程度の高いエネルギー分解能と
1
10
cm
の検出効率が求められている。ITERにおける、このイオン温度測定用高エネルギー分解能中性子スペクトロメータの概念として、反跳陽子テレスコープ(PRT)法と二結晶型飛行時間(TOF)法を組合せた手法を新規に考案した。本手法は、従来のPRTやTOFで問題となっていた反跳陽子や散乱中性子の角度拡がりによるエネルギー分解能の悪化を原理的に抑制でき、検出効率を損なうことなくエネルギー分解能の向上が可能である。本方式の原理実証及び性能評価を行うため、プロトタイプのシステムを製作し、日本原子力研究開発機構核融合中性子源施設FNSにおいて単色DT中性子の測定を試み、半値幅で3.3%のエネルギー分解能が達成されることを実証した。その結果に基づく検討により、本システムがITERに対して最高出力から1桁以内の領域で適用可能である見通しが得られた。
浅井 啓輔*; 直井 紀拓*; 井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 西谷 健夫
no journal, ,
ITERにおけるプラズマ中心付近の燃料比(重水素D/三重水素T比)計測の有力候補である中性子スペクトロメータについて、本研究ではエネルギー弁別が容易で比較的高効率が期待できる二結晶型飛行時間法に着目し、飛行時間を測定する結晶対の前にDT中性子よりもDD中性子に対して大きな弾性散乱断面積を有する中性子散乱体(ラジエータ)を挿入したシステムを提案した。本システムは、入射中性子ビームのラジエータとの散乱により結晶対に入射する中性子のDD/DT強度比を上げ、DD中性子検出のS/N比向上が期待できる。今回は中性子散乱体に水(2cm, 5cm厚)を採用したプロトタイプシステムの試作し、加速器DT中性子源を用いた本システムの性能を評価した。その結果、DT中性子の検出効率,エネルギー分解能ともにモンテカルロシミュレーション結果とおおむね一致し、本システムの応答を模擬できるシミュレーションモデルが構築できた。
浅井 啓輔*; 直井 紀拓*; 井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 今野 力
no journal, ,
プラズマ中心付近の燃料比(D/T比)計測手法用の飛行時間中性子スペクトロメータについて、本研究では飛行時間を測定する結晶対の前に水のセル(数cm,数cm厚)を挿入したシステムの開発を行っている。本システムは、入射中性子ビームの水の中の水素原子核との弾性散乱により結晶対に入射する中性子のDD/DT強度比を上げ、DD中性子検出のS/N比向上を狙うものである。今回は ITERへの適用を想定したモンテカルロシミュレーションによって、本システムの主な設計パラメータであるラジエータサイズやエネルギー測定のための飛行距離について検討を行い、さらに期待される時間分解能を評価した。その結果、実機最高出力時に数秒の時間分解能でのプラズマ中心付近のDD/DT中性子強度比測定が期待できることを示した。
直井 紀拓*; 浅井 啓輔*; 井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 西谷 健夫
no journal, ,
核融合反応により生成される中性子のエネルギー分布には重水素やトリチウムイオンの速度分布に起因するドップラー拡がりが反映されるため、中性子スペクトル計測により燃焼プラズマ中のイオン温度(速度分布)を知ることができる。本研究では、国際熱核融合実験炉ITERの高出力領域への適用を想定した高エネルギー分解能中性子スペクトロメータの概念として、反跳陽子テレスコープ(PRT)法と二結晶型飛行時間(TOF)法を組合せた手法を考案した。それによりプロトタイプのシステムを製作し、日本原子力研究所核融合中性子源施設FNSにおいて単色DT中性子の測定を試みて3%のエネルギー分解能を実証した。
直井 紀拓*; 浅井 啓輔*; 井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 今野 力
no journal, ,
核融合実験炉では、中性子スペクトル計測によりDD中性子(2.45MeV)とDT中性子(14.1MeV)の強度比から燃焼D/T比(DとTの密度比)を知ることができ、プラズマ中心付近の情報を取得することが可能になる。これまでプラズマ中のイオン温度測定を測定するために共役粒子同時検出型高エネルギー分解能中性子スペクトロメータを開発してきたが、DD中性子検出のためには圧倒的に多く発生するDT中性子の散乱成分がバックグラウンドとなる。そこでこのスペクトロメータをDD中性子に対する検出効率をある程度重視した仕様に変更し、日本原子力研究開発機構核融合中性子源施設FNSにおいて基本性能をテストした。その結果をもとにITERへの適用性を評価したところ、ITERの燃焼D/T比に対する要求測定精度20%を満たす時間分解能が得られる見通しがたったが、燃料注入系制御のためにさらなるDD中性子検出効率の向上が必要なことがわかった。
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
no journal, ,
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。
