核融合プラズマにおけるアルヴェン固有モードの中性子放出スペクトルへの影響

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本研究の目的は、アルヴェン固有モードがイオン速度分布関数、核融合反応率係数、及び核融合反応生成中性子の放出スペクトルに及ぼす影響を明らかにすることである。昨年度は、ITER級重水素-三重水素プラズマを想定した数値解析を行い、アルヴェン固有モードが不安定化された場合に、燃料イオン分布関数と中性子放出スペクトルが磁力線と同方向及び逆方向に、それぞれマクスウェル分布、ガウス分布から歪み得ることを示した。このことを検証する実験を検討するためには、解析モデルの改良及び妥当性の検証を行う必要がある。そこで本年度の課題を、実験結果との比較による中性子スペクトル解析モデルの妥当性の検証、及びクーロン散乱によるイオンの速度変化を記述するモンテカルロオペレータの開発としていた。中性子スペクトル解析モデルの妥当性の検証のために、中性子放出の非等方性を観測する実験を行うことを考えた。異なる位置に設置した較正された中性子計測器が、異なる中性子発生率を示した場合、イオン分布関数のマクスウェル分布からの変化に起因する中性子放出の非等方性が存在していることになる。大型ヘリカル装置において重水素プラズマ中に中性粒子ビーム入射を行い、二箇所の位置の中性子発生率の比が計測された。中性粒子ビームの入射方向が磁力線に対して平行方向の場合と、垂直方向の場合とで、この比の異なる値が観測された。本研究で開発した解析モデルを用いて、この比の中性粒子ビーム入射方向依存性の定性的な傾向を再現し、解析モデルの妥当性を部分的に確認した。モンテカルロ衝突オペレータは、フォッカープランク衝突項のモーメントの定式化を終え、実用のためには数値計算方法の検討が必要な段階であり、今後取り組む予定である。