A neutron emission rate analysis code called FBURN, based on the classical energetic ion confinement assumption with radial diffusion, is developed for the time-dependent analysis of the total neutron emission rate (Sn) in neutral beam (NB) heated deuterium plasmas. The time trend of Sn evaluated by FBURN shows good agreement with the Sn measured by the neutron flux monitor on the deuterium operation of the Large Helical Device. The dependence of Sn on line-averaged electron density (ne_avg) has a peak at ne_avg of around 2.5 × 1019 m−3 in both experiment and calculation. Here, the absolute value of Sn evaluated by calculation agrees with that obtained in experiments within a factor of two. A time trend analysis of Sn in an electron cyclotron heated plasma with a short pulse NB injection is performed. The analysis shows that the diffusion coefficient of co-going transit beam ions is 0.2 to 0.3 m2 s−1. In addition, the diffusion coefficient of helically trapped beam ions decreases from 5 to 3 m2 s−1 with the inward shift of the magnetic axis position. Time-resolved analysis of the triton burnup experiment shows that the diffusion coefficient of tritons is around 0.15 m2 s−1. It is found that the diffusion coefficients of the beam and tritons are of a similar value as obtained in JT-60U. The trend of the triton burnup ratio on the ne_avg calculated by the FBURN agrees with the experiments. The results suggest that the decrease of the triton burnup ratio with the increase of ne_avg is due to the shorter slowing down time of tritons by the decrease of the electron temperature, and the increase of the triton burnup ratio with the increase of ne_avg is due to the diffusion of tritons. Time trend analysis of Sn in the Korea Superconducting Tokamak Advanced Research and the Experimental Advanced Superconducting Tokamak plasmas with a short pulse NB injection is performed. The time trend of Sn is successfully reproduced by FBURN.
中性子放出率解析コードFBURNは、古典的な高速イオン閉じ込め仮定と動径拡散に基づき、中性粒子ビーム加熱重水素プラズマにおける全中性子放出率(Sn)の時間依存解析のために開発された。FBURNにより評価されたSnの時間変化は、大型ヘリカル装置の重水素運転において中性子モニタで測定されたSnと良い一致を示す。Snのライン平均電子密度(ne_avg)依存性は、実験と計算の両方においてne_avg≈2.5×10¹⁹m⁻³付近でピークを持つ。ここで、計算により評価されたSnの絶対値は、実験で得られた値と2倍以内の精度で一致する。電子サイクロトロン加熱プラズマにおける短パルス中性粒子ビーム入射時のSnの時間変化解析が行われた。この解析により、共回り透過ビームイオンの拡散係数は0.2〜0.3m²s⁻¹であることが示された。さらに、磁気軸位置の内側シフトに伴い、ヘリカル閉じ込めビームイオンの拡散係数は3〜5m²s⁻¹から減少することが示された。トリトンバーンアップ実験の時間分解解析により、トリトンの拡散係数は約0.15m²s⁻¹であることが示された。ビームイオンとトリトンの拡散係数は、JT-60Uで得られた値と同程度であることが見出された。FBURNにより計算されたトリトンバーンアップ比のne_avg依存性は実験と一致する。これらの結果は、ne_avgの増加に伴うトリトンバーンアップ比の減少が、電子温度低下によるトリトンの減速時間短縮に起因し、ne_avgの増加に伴うトリトンバーンアップ比の増加がトリトンの拡散に起因することを示唆している。KSTARプラズマにおける短パルス中性粒子ビーム入射時のSnの時間変化解析が行われた。Snの時間変化はFBURNにより良好に再現された。