An integrated modelling methodology for the calculation of realistic plasma neutron sources for the JET tokamak has been developed. The computational chain comprises TRANSP plasma transport and DRESS neutron spectrum calculations, and their coupling to the MCNP neutron transport code, bridging plasma physics and neutronics. In the paper we apply the developed methodology to the analysis of neutron emission properties of deuterium and helium plasmas at JET, and validate individual modelling steps against neutron diagnostic measurements. Two types of JET discharges are modelled—baseline-like and three-ion radio-frequency scenarios—due to their diversity in plasma heating, characteristics of the induced fast ion population, and the imprint of these on neutron emission properties. The neutron emission modelling results are quantitatively compared to the total neutron yield from fission chambers, neutron emissivity profiles from the neutron camera, neutron spectra from the time-of-flight spectrometer, and neutron activation measurements. The agreement between measured and calculated quantities is found to be satisfactory for all four diagnostic systems within the estimated experimental and computational uncertainties. Additionally, the effect of neutrons not originating from the dominating D(D, n)3He reactions is studied through modelling of triton burnup DT neutrons, and, in mixed D-3He plasmas, neutrons produced in the 9Be(D, nγ)10B reaction on impurities. It is found that these reactions can contribute up to several percent to the total neutron yield and dominate the neutron activation of samples. The effect of MeV-range fast ions on the neutron activation of 115In and 27Al samples is measured and computationally validated.
JETトカマクの現実的なプラズマ中性子源を計算するための統合モデリング手法が開発された。この計算チェーンは、TRANSPによるプラズマ輸送計算、DRESSによる中性子スペクトル計算、およびMCNP中性子輸送コードへの結合から構成され、プラズマ物理と中性子工学を橋渡しするものである。本論文では、開発した手法をJETの重水素および重水素-ヘリウム3プラズマの中性子放出特性の解析に適用し、個々のモデリング段階を中性子計測結果と比較検証する。検証対象となるJET放電は、ベースライン類似および高周波加熱を用いた重水素-ヘリウム3混合の2種類であり、これらはプラズマ加熱方式、誘起される高速イオン集団の特性、およびこれらが中性子放出特性に与える影響の多様性を考慮して選定された。中性子放出のモデリング結果は、核分裂チェンバーによる全中性子収量、中性子カメラによる放射率分布、飛行時間型分光器による中性子スペクトル、および中性子放射化測定の各診断結果と定量的に比較された。測定値と計算値の一致は、推定される実験誤差および計算誤差の範囲内で、4つの診断システムすべてにおいて満足できるものであった。さらに、主要なD(D,n)³He反応に由来しない中性子の影響について、トリトン燃焼によるDT中性子、および重水素-ヘリウム3混合プラズマにおける不純物上の⁹Be(D,nγ)¹⁰B反応によって生成される中性子のモデリングを通じて検討した。これらの副次的反応は、全中性子収量の数パーセントに寄与し得ること、また試料の放射化において支配的となる場合があることが示された。MeV領域の高速イオンが¹¹⁵Inおよび²⁷Al試料の放射化に及ぼす影響は、測定により検証され、計算によっても確認された。