核燃焼プラズマにおける燃料イオン比測定のための中性子計測システムの開発

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1.中性子計測器の開発核融合実験炉に設置するという観点から計測器としては二結晶型TOF(Time-Of-flight)スペクトロメータを採用した。二つの検出器の位置はDT中性子,DD中性子それぞれが入射した際に起こり得る反応の種類や,エネルギー分解能,計数効率の性能を考慮し,計測器の最適化を行った。計測器の性能の実証には加速器中性子源を用い,DT中性子が支配的な環境下においてDT中性子、DD中性子の分離計測を行い、その性能を示した。また、第2検出器をTOF球に沿った円状に設置する事で計数効率およびエネルギー分解能が向上する事を示した。2.ITERにおける計測器設置条件の検討ITERを想定したモデルに対するシミュレーション計算を行い、コリメータ径や設置位置の差異によるDD中性子成分に与えるDT中性子の散乱減衰成分の設置位置における割合の評価を行った。また,本システムに要求される性能である計数率が250cps以上、観測領域がプラズマ小半径の1/10,燃料イオン比の測定レンジが0.1から10の範囲という条件への適応性を評価するためのシミュレーション計算を行い、燃焼領域中心の影響はコリメータ径ごとに異なる事、通常運転よりもDD中性子に対するDT中性子の発生量が多い場合は要求されている計測時間よりも長い時間の計測を行う事によって要求性能が達成可能である事を示した。これらの検討は本システムにとって重要なITERの二つの運転条件に対して二種類のコリメータ径を用いる事で達成される。以上の成果はITERにおいて急務な課題となっている燃料イオン比計測手法に解を提供するものであり、世界初の核融合実験炉であるITERに対して有益なシステムとなる。従って、本システムはITERを通じて核融合エネルギーという観点からエネルギー問題に対して貢献するものである。