AbstractThe paper describes a high energy neutral particle analyzer (HENPA) developed in the Ioffe Institute for the diagnostics of alpha particles in the megaelectronvolt energy range, as well as other charged fusion products and ion cyclotron resonance frequency-driven minority ions in a plasma. Megaelectronvolt ions can be neutralized in the plasma by charge exchange reactions with low energy atoms or impurity ions, and by recombination. The density of target particles for neutralization can be increased in the plasma by neutral beam or pellet injection. The operation of the HENPA is based on stripping megaelectronvolt atoms by means of a carbon foil, and subsequent E | B analysis of secondary ions. Eight (or 2 × 8, depending on the version) detectors that consist of (CsI + TI) scintillators 2–25 μm thick optically coupled to photomultiplier tubes are used to detect secondary ions. The detection efficiency of the detectors for megaelectronvolt ions is close to 100%; it drops to 10−4 − 10−8 for D-T neutrons, and to much lower values for D-D neutrons and gamma quanta in the energy range above 1 MeV. The HENPA is calibrated using megaelectronvolt H0-He0 beams from the cyclotron, starting from 0.4 MeV for He0 and 0.1 MeV for H. The energy ratio of simultaneously detected particles is EmaxEmin ≈ 4. The energy widths of the channels are 6%–15%. The HENPA can operate in a stray magnetic field up to 0.07 T. Some examples of results obtained by the HENPA are presented.
本論文は、イオフ研究所で開発された高エネルギー中性粒子分析装置（HENPA）について述べており、メガ電子ボルトエネルギー領域のアルファ粒子、ならびに他の荷電核融合生成物やイオンサイクロトロン共鳴周波数で駆動されるプラズマ中の少数イオンの診断を目的とする。メガ電子ボルトイオンは、低エネルギー原子や不純物イオンとの電荷交換反応、および再結合によってプラズマ中で中性化され得る。中性化のための標的粒子密度は、中性粒子ビーム入射やペレット入射によってプラズマ中で増加させることができる。HENPAの動作原理は、炭素薄膜によるメガ電子ボルト原子のストリッピングと、それに続く二次イオンのE|B分析に基づいている。検出器は8個（またはバージョンにより2×8個）で構成され、それぞれ(CsI+TI)シンチレータ（厚さ2～25μm）を光電子増倍管に光学的に結合したものを用いて二次イオンを検出する。メガ電子ボルトイオンに対する検出器の検出効率はほぼ100%であるが、D-T中性子に対しては10⁻⁴～10⁻⁸、D-D中性子および1MeV以上のエネルギー領域のガンマ量子に対してはさらに低い値に低下する。HENPAは、サイクロトロンからのメガ電子ボルトH⁰-He⁰ビームを用いて校正され、He⁰では0.4MeV、Hでは0.1MeVから開始する。同時に検出される粒子のエネルギー比はEmax/Emin≈4である。各チャンネルのエネルギー幅は6%～15%である。HENPAは最大0.07Tの漏洩磁場中でも動作可能である。HENPAによって得られた結果のいくつかの例が示されている。