高速イオン挙動測定システムのデジタル信号処理化によるkHz領域での高速イオン輸送

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JT-60Uで使用してきたダイヤモンド検出器による高速中性粒子計測の計数率上限(2×10^5cps)を大幅に高めて、測定精度の向上もしくは測定時間の高速化を図ることにより、高速イオンのより詳細な挙動測定を行うために、本科研費補助金で購入したFlash ADCを利用したデジタル信号処理システムの構築を行った。本システムは、従来のアナログ信号処理システム(ダイヤモンド検出器-プリアンプ-メインアンプ-ADC)とは異なり、プリアンプ直後の信号をFlash ADCに直接取り込んで逐次デジタル化し、その後デジタル化データをPCに転送した後、ソフトウエアを用いて波形処理を行い、信号取得を行う方法である。システムの構築にあたっては、Flash ADCからPCへのデータ転送がデータ収集速度の律則となるため,内蔵メモリがフルになるまでデータを連続的に収集する方式を採用した。この方式では、限られたメモリ内になるべく多くの事象を蓄積する必要があるため,α粒子線源^<241>Am(アメリシウム)を用いた性能試験を行い、サンプリング時間の上限値を設定した。購入先であるロシアの研究所からの納入が遅れたこともあり、本システムを構築した時、JT-60U実験は既に終了していたため、本システムを核融合科学研究所の大型ヘリカル装置LHDの接戦ポートに設置されていたダイヤモンド検出器に導入し、プラズマ実験による高速中性粒子の信号取得を行った。その結果、目的としていた10^6cpsを超える計数率下でも測定が可能であるとの見通しがたった。今後、本システムをJT-60U接戦ポートに設置しているダイヤモンド検出器に導入し、高速イオンのより詳細な挙動解析を目指し、プラズマ実験における高速中性粒子計測を行っていく。なお本研究の成果の一部は、「Neutron Emission Profile Measurement and Fast Charge Exchange Neutral Particle Flux Measurement for Transport Analysis of Energetic Ions in JT-60U」というタイトルで、現在、「Plasma and Fusion Research」誌に投稿中である。