トーラス系核融合実験装置における中性子計測の高精度化

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近年、トーラス系核融合実験装置において重水素(D-D)プラズマの大型・高温・高密度実験が本格化し、プラズマ診断技術としての核融合反応中性子計測法の確立とその高精度化が望まれている。そこで、本研究の目的は、予備的な検討により最適と評価された高エネルギー分解能のヘリウム-3ガス高速中性子スペクトロメータを用い、トーラス系核融合実験装置のD-Dプラズマから発生する中性子総量及びエネルギースペクトルの測定により、プラズマイオン温度を診断する方法の確立と精度向上を図ることにある。研究手順としては、市販のヘリウム-3ガス円筒型グリッド付電離箱を入手し、本検出器の標準中性子源による基礎特性の評価と実機D-Dプラズマ実験における適用性実証試験の二段階にて実施された。D-D加速器中性子源を用いた応答関数測定では、エネルギー分解能及びピーク/全計数比に関して、アノード/グリッド印加電圧、リニアアンプの時定数、検出器軸に対する中性子入射角度等の測定系パラメータの最適化が図られた結果、2.5MeV中性子に対し、2%程度のエネルギー分解能の得られることが示された。また、名大プラズマ研のJIPP-TIIVトカマク装置において実地試験がなされ、劣悪な測定環境にもかかわらず、実際のD-Dプラズマから生成された2.5MeV中性子を検出できることが実証された。以上の実験結果をもとに、本ヘリウム-3ガス高速中性子スペクトロメータシステムのD-Dプラズマイオン温度診断法への適用性を検討したところ、時間分解能の大幅改善を図ることの重要性が見い出され、検出器本体の改良の他に、特に、ピーク/全計数比改善のための中性子コリメータの最適設計、アンプ時定数の短縮化のための応答関数の精密測定、及びパイルアップの補正対策としてのディジタル波形処理技術の適用のような今後の課題と対策の方向が明らかにされた。