The neutron rate is a direct indicator of the fusion performance in tokamaks. However, the accuracy of the measurement is limited by the wide range, covering several orders of magnitude, and by the delicate absolute calibration procedure. Moreover, a mere neutron counter does not distinguish between thermonuclear, beam–plasma and beam–beam fusion reactions. In this work we aim to use Monte Carlo simulations of the NBI deposition to improve our physics understanding of the correlation of the neutron yield with global plasma parameters. The modelling shows the beam–plasma reactions to be the main contribution to the neutron rate for PNBI > 5 MW. The comparison between experimental data and measurements allows the identification of systematic calibration factors for different calibration phases over several years of acquisition. The quality of the kinetic profile measurements is shown to play an important role in reducing the scatter of the simulated neutron rate around the measured value. The sensitivity to Zeff and to possible fast ion diffusion is investigated. Using an existing formula for the density dependence of Zeff the agreement between theoretical prediction and experimental measurements is considerably improved. Finally we derive a scaling law for the measured neutron rate in ASDEX Upgrade H-mode discharges depending on global parameters, in excellent agreement with a simple physics derivation for beam–plasma neutrons.
中性子率はトカマクにおける核融合性能の直接的な指標である。しかしながら、その測定精度は数桁に及ぶ広いダイナミックレンジと、繊細な絶対校正手順によって制限される。さらに、単なる中性子カウンターでは、熱核融合、ビーム・プラズマ融合、ビーム・ビーム融合の各反応を区別することはできない。本研究では、NBI（中性粒子ビーム入射）の堆積に関するモンテカルロシミュレーションを用いて、中性子収率とグローバルパラメータとの相関に関する物理的理解を深めることを目的とする。シミュレーションの結果、PNBI > 5 MWの条件下では、ビーム・プラズマ反応が中性子率の主要な寄与であることが示された。実験データとシミュレーション結果の比較により、異なる較正期間にわたって取得されたデータに対して系統的な較正係数を同定することが可能となる。運動論的プロファイル測定の精度が、シミュレーションされた中性子率の実験値周辺でのばらつきを低減する上で重要な役割を果たすことが示された。さらに、Zeffおよび可能性のある高速粒子拡散に対する感度が調査された。Zeffの密度依存性に関する既存の式を用いることで、理論的予測と実験測定の間の一致が大幅に改善された。最後に、ASDEX UpgradeのHモード放電における中性子率のスケーリング則をグローバルパラメータの関数として導出し、ビーム・プラズマ中性子に関する簡潔な物理的導出と優れた一致を示す。