シンチレ-ションファイバ-を用いた核融合反応中性子の連続型空間分布計測系の開発

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磁場閉じ込めDD/DTプラズマから発生する中性子の真空容器周辺における空間分布計測は、核燃焼プラズマプロファイル診断やプラズマ位置制御情報として非常に有効であるが、装置の構造が複雑なため、多数の中性子検出器を真空容器の近傍に広範かつ十分に配置するようなことが極めて困難である。そこで、本研究では、最近開発されたプラスチックシンチレ-ション光ファイバ-(PSF)に着目し、中性子入射により発生したシンチレ-ションパルスのファイバ-内伝播特性の位置依存性を利用したフレキシブルかつ連続的な中性子入射位置検出系の可能性を検討した。使用したPSFは、Bicron社製BCFー10で、約7m長のファイバ-両端面に光電子増倍管を取り付け、まず、γ線( ^<60>Co, ^<137>Cs)及び高速中性子( ^<252>Cf,DD/DT加速器中性子源)に対する光出力の照射位置依存性を測定した。その結果、光学的な減衰長(光伝送により出力が1/eになる距離)が〜1.8mになることや高速中性子により光出力がγ線よりも十分大で、光出力波高スペクトル上で識別できることが分った。また。このしきいレベルを設けた両端からの光電子増倍管出力の比を割算器を通して求めることにより、〜10cmの分解能相当で中性子位置検出が可能であることを見い出した。さらに、放射線入射によって生成されるであろう散乱中心からの後方散乱光の時系列を検出することに基づく位置検出原理の可能性も検討した。Erド-プ光ファイバ-に高速中性子を照射しながら、1mW、ピ-ク波長810nmのレ-ザ-ダイオ-ド光をパルス幅100nsで入射させ、アバランシェフォトダイオ-ド(APD)及び光オシロスコ-プで後方散乱光の検出を試みた結果、今回の計測系では、APD暗電流の変動に支配される検出限界を下回っているものの、入射光強度を1W以上にし、ファイバ-端面や接続部でのフレネル反射光等をカットする工夫を施せば検出可能性があるとの知見を得た。