核融合中性子カメラに用いる検出器の標準化に向けた研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26289359
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 磯部 光孝 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (00300731)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小川 国大 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (90632274)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 核融合プラズマ / 中性子計測 / 高エネルギーイオン閉じ込め

Outline of Annual Research Achievements

メモリサイズに依存しない形のリアルタイム信号処理を目指し、自動パルス弁別処理を可能とするハードウェア、具体的には、Field-Programmable Gate Array(FPGA) と呼ばれる製造後に設計者がプログラムにより機能を設定出来る集積回路に基づく自動処理システムを実現するための開発作業を進めた。パルスの検知後、即座に波形弁別に必要な信号処理とデータ蓄積装置へ送ることで、ハードウェアのメモリに依存しないシステムを開発した。開発したシステムを、実際に核融合中性子の計測に用い、シンチレーション検出器並びにデジタル信号処理ユニットは、MHz 帯においても意図したシステムとして機能することを確認した。
平行して、中性子コリメータの最適化作業も進めた。候補としては、ポリエチレン、或いは重量コンクリートで作られたコリメータがあった。数値シミュレーションの結果、中性子遮蔽能力としてはどちらも同様の能力を示したが、ポリエチレンコリメータは、中性子捕獲反応によって生成されるガンマ線が多く発生し、シンチレーション検出器に対して不必要な信号を生むという懸念がある。則ち、多チャンネル高速中性子検出器とその中性子がプラズマを見込む視野を制限するコリメータは、重量コンクリートで較正されるものが適していることが分かった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、１．メモリサイズに依存しない形のリアルタイム信号処理を目指し、自動パルス弁別処理を可能とするハードウェアの作成、２．中性子コリメータの最適化作業を計画していた。１．については予定通り、ハードウェアの開発を終えた。２．においても、重量コンクリートによるものが適しているとの結果を得た。よって、順調に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

Ｄ－Ｔ核燃焼プラズマへの適用を視野に入れ、高速中性子の照射実験を行い、中性子照射による検出器劣化特性を明らかにする。これにより検出器寿命を見極めることができ、延いては核融合反応度の高いプラズマに適応した際の検出器の交換頻度を見積もることができる。高速中性子シンチレータでは、出力パルス波形の保持のため光電子増倍管(PMT)に直付けで利用しなければならす、磁場閉じ込め核融合実験で利用する場合、PMTには堅固な漏れ磁場対策が施されなければならない。ただし、重厚な電磁軟鉄を利用した場合、軟鉄の放射化の結果、２次ガンマ線が放出されるため、PMTの安定動作に効果的でありながら最も薄い電磁シールドについて数値シミュレーション並びにヘルムホルツコイルを利用し調査する。

Causes of Carryover

重照射を行うためのシンチレーション検出器並び磁場シールドの購入を次年度に繰り越したため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

重照射を行うためのシンチレーション検出器並びに磁場シールドの購入を行う。