A novel multiphysics methodology for the computation of realistic plasma neutron sources has been developed. The method is based on state-of-the-art plasma transport and neutron spectrum calculations, coupled with a Monte Carlo neutron transport code, bridging the gap between plasma physics and neutronics. In the paper two JET neutronics tokamak models are used to demonstrate the application of the developed plasma neutron sources and validate them. Diagnostic data for the record JET D discharge 92436 are used as input for the TRANSP code, modelling neutron emission in two external plasma heating scenarios, namely using only neutral beam injection and a combination of the latter and ion cyclotron resonance heating. Neutron spectra, based on plasma transport results, are computed using the DRESS code. The developed PLANET code package is employed to generate plasma neutron source descriptions and couple them with the MCNP code. The effects of using the developed sources in neutron transport calculations on the response of JET neutron diagnostic systems is studied and compared to the results obtained with a generic plasma neutron source. It is shown that, although there are significant differences in the emissivity profiles, spectra shape and anisotropy between the neutron sources, the integral response of the time-resolved ex-vessel neutron detectors is largely insensitive to source changes, with major relative deviations of up to several percent. However it is calculated that, due to the broadening of neutron spectra as a consequence of external plasma heating, larger differences may occur in activation of materials which have threshold reactions located at DD neutron peak energies. The PLANET plasma neutron source computational methodology is demonstrated to be suitable for detailed neutron source effect studies on JET during DT experiments and can be applied to ITER analyses.
現実的なプラズマ中性子源を計算するための新しいマルチフィジックス手法が開発された。本手法は、最先端のプラズマ輸送および中性子スペクトル計算と、モンテカルロ中性子輸送コードを結合したものであり、プラズマ物理学と中性子工学の間のギャップを埋めるものである。本論文では、2つのJET中性子工学トカマクモデルを用いて、開発したプラズマ中性子源の適用を実証し、それらを検証する。記録的なJET D放電92436の診断データがTRANSPコードの入力として使用され、2つの外部プラズマ加熱シナリオ、すなわち中性粒子ビーム入射のみを使用する場合と、後者とイオンサイクロトロン共鳴加熱の組み合わせを使用する場合における中性子放出のモデル化が行われる。プラズマ輸送結果に基づく中性子スペクトルは、DRESSコードを用いて計算される。開発されたPLANETコードパッケージは、プラズマ中性子源の記述を生成し、それらをMCNPコードと結合するために使用される。開発した中性子源を中性子輸送計算に使用した場合のJET中性子診断システムの応答への影響が研究され、一般的なプラズマ中性子源を用いて得られた結果と比較される。エミッシビティプロファイル、スペクトル形状、および中性子源間の異方性には有意な差があるものの、時間分解された容器外中性子検出器の積分応答は、中性子源の変化に対してほぼ鈍感であり、主要な相対偏差は数パーセント程度であることが示されている。しかしながら、外部プラズマ加熱の結果としての中性子スペクトルの広がりにより、DD中性子ピークエネルギーに閾値反応を持つ材料の放射化においては、より大きな差が生じる可能性があることが計算される。PLANETプラズマ中性子源計算手法は、DT実験中のJETにおける詳細な中性子源効果研究に適していることが実証され、ITER解析にも適用可能である。