High-resolution γ-ray spectroscopy (GRS) measurements resolve spectral shapes of Doppler-broadened γ-rays. We calculate weight functions describing velocity-space sensitivities of any two-step reaction GRS measurements in magnetized plasmas using the resonant nuclear reaction 9Be(α, nγ)12C as an example. The energy-dependent cross sections of this reaction suggest that GRS is sensitive to alpha particles above about 1.7 MeV and highly sensitive to alpha particles at the resonance energies of the reaction. Here we demonstrate that high-resolution two-step reaction GRS measurements are not only selective in energy but also in pitch angle. They can be highly sensitive in particular pitch angle ranges and completely insensitive in others. Moreover, GRS weight functions allow rapid calculation of γ-ray energy spectra from fast-ion distribution functions, additionally revealing how many photons any given alpha-particle velocity-space region contributes to the measurements in each γ-ray energy bin.
高分解能γ線分光法（GRS）測定は、ドップラー広がりしたγ線のスペクトル形状を分解する。我々は、共鳴核反応9Be(α, nγ)12Cを例として、磁化プラズマ中の任意の二段階反応GRS測定の速度空間感度を記述する重み関数を計算する。この反応のエネルギー依存断面積は、GRSが約1.7 MeV以上のアルファ粒子に感度を持ち、反応の共鳴エネルギーにおけるアルファ粒子に高い感度を持つことを示唆している。ここでは、高分解能二段階反応GRS測定がエネルギーだけでなくピッチ角に対しても選択的であることを実証する。それらは特定のピッチ角範囲で高い感度を持ち得る一方、他の範囲では完全に感度を持たないことがあり得る。さらに、GRS重み関数は、高速イオン分布関数からγ線エネルギースペクトルを迅速に計算することを可能にし、加えて、任意の与えられたアルファ粒子速度空間領域が各γ線エネルギービン内の測定にどれだけの光子数を寄与するかを明らかにする。