新素材シンチレーターを用いた散乱中性子計測器の開発

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23360413
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 疇地 宏 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 教授 (90135666)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 猿倉 信彦 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 教授 (40260202) ; 中井 光男 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 教授 (70201663) ; 清水 俊彦 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 助教 (80415182)
• Keywords: レーザー核融合 / 散乱中性子 / 中性子計測

Research Abstract

本研究の目的はレーザー核融合研究における散乱中性子計測器を開発し、計測原理実証を行う事である。さらにこの新計測器を用いて核融合燃料の面密度の測定を行い、レーザー核融合における最も重要な物理課題である高密度圧縮の研究に貢献する。計測器のアイディアとして近年著者らによって開発された新素材ガラスシンチレーター「APLF80+3Pr」を用いる事が提案されていた。
平成23年度の研究開発の概要
研究計画23年度として申請時に記載した単一チャンネル計測システムが完成した。阪大の電子ビーム加速器を用いて計測器の応答が詳細に試験され計測に十分な性能である事が実証された。阪大の激光XII号実験でも一次中性子の良好な信号が得られた。この計測器は米国ローレンスリバモア研究所National Ignition Facilityにおいて、低エネルギー中性子スペクトルを計測するために導入される計画が進んでいる。日米間の国際協力事業に応募し現在採択結果を待っている。
平成23年度には、多チャンネル型計測器の開発も計画が前倒しに進んだ。256チャンネル式の多チャンネル計測器本体部の試作機完成し、残す256チャンネルのADコンバーターの開発を進めている。256チャンネル物ADコンバーターについては目標スペックを満たす物が2011年に市販されるようになった。8チャンネル分だけを購入し、まもなく試験運転を行う。先だって既存のTime to Digital Convertorを用いて計測原理実証実験を行った。2012年3月に阪大の激光XII号で爆縮実験を行い散乱中性子の検出を試みた。一次中性子の信号が鮮明に観測された。さらに散乱中性子らしき信号が1カウント観測され、検出効率から考えると妥当な数である。しかしながらこれが真の散乱中性子信号であるか否かは、他の計測結果と比較しながらより詳細な解析が必要である。今後の展開が期待されている。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の計画では、設計段階から始める装置開発が必要と考えられていた多チャンネルADコンバーターについて、等方が設計していたものとほとんど同じ方式をドイツSTRUCK社から商品化された。大きな開発課題であった物が解決された事により研究が一気に進んだ。

Strategy for Future Research Activity

平成24年度の計画
2012年7月および2013年3月に高速点火核融合実験が行われる。7月は現状の計測システムで再度散乱中性子の計測を試みる。同時にADコンバーターの調達を行い装置の完成を急ぐ。
23年度に行われた実験で明らかになった事は、核融合ショットの際に生じる電磁ノイズが散乱中性子信号時刻に残留しており、偽信号になっている事があった。電磁ノイズシールドを強化する事でこの問題を解決する。

Research Products

• [Journal Article] Fast-Response and Low-Afterglow Cerium-Doped Lithium 6 Flour-Oxide Glass Scintillator for Laser Fusion-Originated Down-Scattered Neutron Detection (2012)
  • Author(s): Takahiro Murata, Yasunobu Arikawa, Kozue Watanabe, Kohei Yamanoi, Marilou Cadatal-Raduban, Takahiro Nagai, Masahiro Kouno, Kohei Sakai, Tomoharu Nakazato, Toshihiko Shimizu, Nobuhiko Sarukura, Mitsuo Nakai, Takayoshi Norimatsu, Hiroaki Nishimura, Hiroshi Azechi, Akira Yoshikawa, Shigeru Fujino, Hideki Yoshida, Nobuhiko Izumi, Nakahiro Sato, Hirofumi Kan
  • Journal Title: IEEE transaction of nuclear science Volume: (末定)(accept済み)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pr or Ce-doped, fast-response and low-afterglow cross-section-enhanced scintillator with 6Li for down-scattered neutron originated from laser fusion (2011)
  • Author(s): Kozue Watanabe, Yasunobu Arikawa, Kohei Yamanoi, Marilou Cadatal-Raduban, Takahiro Nagai, Masahiro Kouno, Kohei Sakai, Tomoharu Nazakato, Toshihiko Shimizu, Nobuhiko Sarukura, Mitsuo Nakai, Takayoshi Norimatsu Hiroshi Azechi, Akira Yoshikawa, Takahiro Murata, Shigeru Fujino, Hideki Yoshida, Nobuhiko Izumi, Nakahiro Satoh, Hirofumi Kan
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth Volume: (末定)(accept済み)(online公開済み)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Neutron diagnostics in Fast Ignition Experiment (2011)
  • Author(s): Yasunobu Arikawa, Hirokazu Hosoda, Takahiro Nagai, Mitsuo Nakai, Takeshi Watari, Hirotaka Nakamura, Shinsuke Fujioka, Hiroyuki Shiraga, Hideo Nagatomo, Tomoyuki Johzaki, Atsushi Sunahara, Keisuke Shigemori, Mayuko Koga, Hirofumi Kikuchi, Yoshinori Ishii, Takehiro Sogo, Shinji Ohira, Zhe Zhang, Hiroaki Nishimura, Yoichi Sakawa, Tomoyuki Iwawaki, Kazuo Tanaka, Kozue Watanabe, Yuki Minami, Kohei Yamanoi, Toshihiko Shimizu, Nobuhiko Sarukura, Takahisa Jitsuno, Yoshiki Nakata, Junji Kawanaka, Koji Tsubakimoto, Noboru Morio, Kiyonobu Sawai, Tetsuji Kawasaki, Shinji Urushihara, Satoshi Matsuo, Koichi Tsuji, Noriaki Miyanaga, Yasushi Fujimoto, Hirofumi Homma, Takayoshi Norimatsu, Osamu Maegawa, Tetsuo Ozaki, Hitoshi Sakagami, Hiroshi Azechi
  • Organizer: Plasma 2011
  • Place of Presentation: 金沢
  • Year and Date: 2011-11-24
• [Presentation] The Development of Time-of-Flight Neutron Detector for Measurement of Ion Temperature in Fast Ignition Experiment (2011)
  • Author(s): Takahiro Nagai, Yasunobu Arikawa, Hirokazu Hosoda, Mitsuo Nakai, Nobuhiko Sarukura, Takayoshi Norimatsu, Hiroshi Azechi
  • Organizer: ICMAT 2011
  • Place of Presentation: 金沢
  • Year and Date: 2011-11-24
• [Presentation] Use of zooming and pulseshaping for acceleration to high velocities and fusion neutron production on the Nike laser (2011)
  • Author(s): MAX KARASIK, J.L. WEAVER, Y.AGLITSKIYl, D.M. KEHNE, S.T. ZALESAK2, A.L. VELIKOVICH, J.OH3, S.P. OBENSCHAIN, Y.ARIKAWA
  • Organizer: APS Division of Plasma Physics 2011
  • Place of Presentation: アメリカソルトレークシティ
  • Year and Date: 2011-11-15
• [Presentation] Neutron diagnostics in Fast Ignition experiments with GEKKO-XII and LFEX lasers (2011)
  • Author(s): YASUNOBU ARIKAWA, HIROKAZU HOSODA, TAKAHIRONAGAI, MITSUO NAKAI, TAKESHI WATARI, HIROTAKA NAKAMURA, SHINSUKE FUJIOKA, HIROYUKI SHIRAGA, HIDEO NAGATOMO, ATSUSHI SUNAHARA, TOMOYUKI JOHZAKI, TAKAYOSHI NORIMATSU, HIROSHI, AZECHI, ITETSUO OZAKI, HITOSHI SAKAGAMI
  • Organizer: APS Division of Plasma Physics 2011
  • Place of Presentation: アメリカソルトレークシティ
  • Year and Date: 2011-11-15
• [Presentation] Multi channel down-scattered neutron detector for areal density measurement (2011)
  • Author(s): Y.Arikawa, H.Hosoda, T.Nagai, K.Watanabe, K.Yamanoi, M.Cadatal-Raduban, T.Shimizu, N.Sarukura, M.Nakai, T.Norimatsu, H.Azechi, N.Izumi, T.Muratai,, T.Suyama, A.Yoshikawa, K.Kamada, Y.Usuki, N.Satoh, H.Kan
  • Organizer: IFSA 2011
  • Place of Presentation: フランスボルドー
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] Development of Time-of-Flight neutron detector with fast-decay and low-afterglow scintillator for fast ignition experiment (2011)
  • Author(s): T.Nagai, Y.Arikawa, H.Hosoda, Y.Ioka, A.Hasegawa, K.Wada, S.Takaoku, M.Takata, K.Noritake, Y.Minami, K.Watanabe, K.Yamanoi, H.Nakamura, T.Watari, M.C.-Raduban, T.Shimizu, N.Sarukura, M.Nakai, T.Norimatsu, H.Azechi
  • Organizer: IFSA 2011
  • Place of Presentation: フランスボルドー
  • Year and Date: 2011-09-13
• [Presentation] Pr or Ce-doped, fast-response and low-afterglow cross-section-enhanced scintillator with 6Li for down-scattered neutron originated from laser fusion (2011)
  • Author(s): Kozue Watanabe, Yasunobu Arikawa, Kohei Yamanoi, Marilou Cadatal-Raduban, Takahiro Nagai, Masahiro Kouno, Kohei Sakai, Tomoharu Nazakato, Toshihiko Shimizu, Nobuhiko Sarukura, Mitsuo Nakai, Takayoshi Norimatsu, Hiroshi Azechi, Akira Yoshikawa, Takahiro Murata, Shigeru Fujino, Hideki Yoshida, Nobuhiko Izumi, Nakahiro Satoh, Hirofumi Kan
  • Organizer: ICMAT 2011
  • Place of Presentation: Suntec, Singapore
  • Year and Date: 2011-06-26