ガンマ線生成核反応を利用した核融合プラズマの温度診断法に関する研究

DT核燃焼プラズマでは、DT核融合反応で発生する3.5MeVα粒子のノックオン衝突により、高エネルギー重陽子・トリトンが生成される。今年度は、これらの高エネルギーイオンの生成過程を前年度に引続き解析し、種々の軽イオン核反応率係数の評価を行った。さらに、その評価結果に基づき、γ線計測に基づく高エネルギートリトン及び3.5MeVα粒子の診断の可能性について議論した。具体的な検討内容と結果は以下の通りである。1.Boltzmann-Fokker-Planck方程式を用い、重陽子とトリトンの速度分布関数の高速部を計算し、不純物X(=Li,Be,C)を僅かに含むDT/Xプラズマ中で起こりうる軽イオン核反応の反応率を評価した。通常のD+T及びD+D核融合反応ではノックオンイオンによる非Maxwell分布に起因する反応率係数の増幅は数%であるが、D+X、T+X反応では反応率係数が数倍増幅されることが明らかになった。特に、閾値反応^6Li(t,p_1γ)^8Li,^<12>C(d,p_1γ)^<13>Cではノックオンイオンによる反応が支配的であり、反応率係数は数桁大きくなることが分かった。2.ノックオンイオン生成時におけるバルク燃料イオンの熱運動効果を解析した。この目的のために、バルク燃料イオンの熱運動効果を考慮に入れたノックオンイオンの放出スペクトルを定式化した。典型的なトカマクプラズマの温度・密度条件下では、熱運動効果は小さいことが明らかとなった。3.^6Li(t,p_1γ)^8Li反応で放出される0.981MeVγ線の計測を利用した高エネルギートリトン及びα粒子の診断の可能性について議論した。0.981MeVガンマ線のエネルギー広がりの計測から、高エネルギーのノックオントリトンの実効温度及び実効密度や、α粒子の閉じ込め特性を診断できる可能性があることを示した。

DT核燃焼プラズマでは、DT核融合反応で発生する3.5MeVα粒子のノックオン衝突により、高エネルギー重陽子・トリトンが生成される。今年度は、これらの高エネルギーイオンの生成過程を前年度に引続き解析し、種々の軽イオン核反応率係数の評価を行った。さらに、その評価結果に基づき、γ線計測に基づく高エネルギートリトン及び3.5MeVα粒子の診断の可能性について議論した。具体的な検討内容と結果は以下の通りである。1.Boltzmann-Fokker-Planck方程式を用い、重陽子とトリトンの速度分布関数の高速部を計算し、不純物X(=Li,Be,C)を僅かに含むDT/Xプラズマ中で起こりうる軽イオン核反応の反応率を評価した。通常のD+T及びD+D核融合反応ではノックオンイオンによる非Maxwell分布に起因する反応率係数の増幅は数%であるが、D+X、T+X反応では反応率係数が数倍増幅されることが明らかになった。特に、閾値反応^6Li(t,p_1γ)^8Li,^<12>C(d,p_1γ)^<13>Cではノックオンイオンによる反応が支配的であり、反応率係数は数桁大きくなることが分かった。2.ノックオンイオン生成時におけるバルク燃料イオンの熱運動効果を解析した。この目的のために、バルク燃料イオンの熱運動効果を考慮に入れたノックオンイオンの放出スペクトルを定式化した。典型的なトカマクプラズマの温度・密度条件下では、熱運動効果は小さいことが明らかとなった。3.^6Li(t,p_1γ)^8Li反応で放出される0.981MeVγ線の計測を利用した高エネルギートリトン及びα粒子の診断の可能性について議論した。0.981MeVガンマ線のエネルギー広がりの計測から、高エネルギーのノックオントリトンの実効温度及び実効密度や、α粒子の閉じ込め特性を診断できる可能性があることを示した。