高速点火核融合実験における高速電子測定用ガンマ線スペクトロメーターの開発

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25630419
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 有川 安信 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 講師 (90624255)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: γ線スペクトロメーター / 高速点火核融合

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目標は2種類のγ線スペクトロメーターを開発して、高速点火核融合実験におけるγ線を高精度に計測できるようにする事である。１種はコンプトン散乱を計測原理とするもので0.5-5MeVを計測可能領域とし、他方は光核反応を計測原理とする物で3-30MeVを計測可能領域とする。本年度は2年目であるが、2種類とも装置が完成し、核融合実験に導入された。コンプトン散乱計測器に関しては、トヨタ社内にある電子加速器から発生する6MeVの電子線をタングステンに当てて生成した制動放射X線を計測したところ、設計値どおりの信号が得られ、計測器の性能が実験的に証明された。高速点火核融合実験に導入し計測を開始した。X線発生量の多いターゲットの実験では綺麗な信号が得られたが、実際の高速点火核融合ターゲットの実験ではバックグラウンドに対して信号量が足りず、精度の良い計測は出来なかった。これは計測器の設置位置をレーザー軸方向に変更する事で克服する予定である。他方の光核反応計測器に関しては、阪大の電子加速器を用いて15MeVの電子線を鉛ターゲットに当てて生成した制動放射X線を用いて計測した所、設計値どおりの信号が得られた。実験構造物から発生した中性子によるバックグラウンドが多いと言う問題が有った。これをふまえ遮蔽体を強化する設計改良を行なった。本計測器は核融合実験でも安定的にデータがとれるようになった。現状は計測チャンネルが少なく、エネルギー分解能が悪い事である。今後はチャンネルを増やすなど計測精度の向上を目指す。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画では3年目にようやく実験に導入する計画であったが、昨年度（2年目）の段階ですでに核融合実験に導入できており、すでに有用なデータを提供し始めている。

Strategy for Future Research Activity

今後はそれぞれの計測器に関して、計測精度の向上を目指す。コンプトン散乱計測器に関しては現状感度が問題となっている。これは計測器を取り付ける位置をレーザー軸方向に近づける事で現状よりも数倍の感度向上は望める。またコリメーターのサイズを工夫する事であと３倍程度の感度向上が望める。これらの二つで後10倍の感度向上を目指す。光核反応計測器に関してはバックグラウンド中性子が計測データに混入する問題を抱えている。これは遮蔽体を今よりも倍の大きさにする事で克服可能である。
さらに、昨年0.511MeV(電子陽電子対消滅線）を分析するために、分解能30keV以下の高分解能のスペクトロメーターの開発を開始した。これは当初の計画には無かったが、さらに新たなアイディアが導入された。基本原理はCsI:Tlシンチレーターアレーとシンチレーション発光画像計測器から成る。本年のうちに試作機まで完成させる予定である。

Research Products

• [Journal Article] High-Intensity Neutron Generation via Laser-Driven Photonuclear reaction (2015)
  • Author(s): Y. Arikawa, M. Utsugi, M. Alessio, T. Nagai, Y. Aabe, S. Kojima, S. Sakata, H. Inoue, S. Fujioka, Z. Zhang, H. Chen, J. Park, J. Williams, T. Morita, Y. Sakawa, Y. Nakata, J. Kawanaka, T. Jitsuno, N. Sarukura, N. Miyanaga, M. Nakai, H. Shiraga, H. Nishimura, H. Azechi
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 10 Pages: 2404003 1-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Characterizing a fast-response, low-afterglow liquid scintillator for neutron time-of-flight diagnostics in fast ignition experiments (2014)
  • Author(s): Y. Abe, H. Hosoda, Y. Arikawa, T. Nagai, S. Kojima, S. Sakata, H. Inoue, Y. Iwasa, K. Iwano, K. Yamanoi, S. Fujioka, M. Nakai, N. Sarukura, H. Shiraga, T. Norimatsu, H. Azechi,
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 85-11 Pages: 11E126 1-3
  • DOI: 10.1063/1.4896957
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of Multichannel Time-of-Flight Neutron Spectrometer for the Fast Ignition Experiment, (2014)
  • Author(s): Y. ABE, H. HOSODA, Y. ARIKAWA, T. NAGAI, S. KOJIMA, S. SAKATA, H. INOUE, Y. IWASA, K. IWANO, GEKKO-XII & LFEX Team, S. FUJIOKA, H. SHIRAGA, M. NAKAI, T. NORIMATSU and H. AZECHI
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 9 Pages: 4404110 1-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of multichannel low-energy neutron spectrometer (2014)
  • Author(s): Y Arikawa, T Nagai, Y Abe, S Kojima, S Sakata, H Inoue, M Utsugi, Y Iwasa, T Murata, N Sarukura, M Nakai, H Shiraga, S Fujioka, H Azechi
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 85-11 Pages: 11E125 1-3
  • DOI: 10.1063/1.4895826
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Neutron Imaging Diagnostics and Reconstructing Technique for Fast Ignition (2014)
  • Author(s): H. Inoue, Y. Arikawa, S. Nozaki, S. Fujioka, T. Nagai, S. Kojima, Y. Abe, S. Sakata, A. Kinjo, M. Nakai, Mitsuo
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 9 Pages: 4404108
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of compton X-ray spectrometer for fast ignition experiment. (2014)
  • Author(s): S. Kojima, Y. Arikawa, T. Ikenouchi, T. Nagai, Y. Abe, S. Sakata, H. Inoue, T. Namimoto, S. Fujioka, M. Nakai, H. Shiraga, Tetsuo Ozaki, M. Asakawa, R. Kato, H. Azechi
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research, 9(SPECIALISSUE Volume: 9 Pages: 4405109 1-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Development of the Neutron Detector for the Fast Ignition Experiment by using LFEX and Gekko XII Facility (2014)
  • Author(s): T. Nagai, M. Nakai, Y. Arikawa, Y. Abe, S. Kojima, S. Sakata, H. Inoue, S. Fujioka, H. Shiraga, N. Sarukura, T.Norimatsu, H.Azechi.
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 9 Pages: 4404105 1-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Accuracy of Compton X-ray Spectrometer Evaluated with Bremsstrahlung X Rays Generated by 6 MeV electron bunch (2014)
  • Author(s): S. Kojima, Y. Arikawa, Y. Nishimura, H. Togawa, Z. Zhang, T. Ikenouchi, T. Ozaki, A. Morace, T. Nagai, Y. Abe, S. Sakata, H. Inoue, M. Nakai, H. Nishimura, H. Shiraga R. Kato , S. Miyamoto, M. Yamaguchi, A. Takemoto, S. Fujioka, and H. Azechi
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments, Volume: 85-11 Pages: 11D629 1-3
  • DOI: 10.1063/1.4894447
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Photonuclear reaction based high-energy x-ray spectrometer to cover from 2 MeV to 20 MeV (2014)
  • Author(s): S. Sakata, Y. Arikawa, S. Kojima, T. Ikenouchi, T. Nagai, Y. Abe, H. Inoue, A. Morace, M. Utsugi, R. Kato, H. Nishimura, M. Nakai, H. Shiraga, S. Fujioka, H. Azechi
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 85-11 Pages: 11D629 1-3
  • DOI: 10.1063/1.4893943
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 高強度レーザーを用いた光核反応中性子発生 (2014)
  • Author(s): 中井光男 有川安信 宇津木卓 西村博明 宮永憲明 疇地宏 Hui Chen
  • Journal Title: レーザー研究 Volume: ４３２ Pages: 98 - 102
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 高速点火実験における高ノイズ過酷環境下でのX線並びに中性子計測 (2014)
  • Author(s): 中井光男 有川安信 古賀麻由子 安部勇輝 長井隆浩 前川修 藤岡慎介 白神宏之 疇地宏
  • Journal Title: Journal of Plasma Fusion Research Volume: 90-11 Pages: 659-664
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 「高速点火実験における硬X線絶対分光と電子計測」 (2014)
  • Author(s): 有川安信 Zhe Zhang 池之内孝仁 小島完興 坂田匠平 尾崎哲 藤岡慎介 西村博明
  • Journal Title: Journal of Plasma Fusion Research Volume: 90-11 Pages: 665-671
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant