Comparing with ITER, the experimental fusion machine under construction, the next-step test fusion power plant, DEMO will be characterized by a very long pulse/steady-state operation and much higher plasma volume and fusion power. The substantially increased level of neutron and gamma fluxes will require reducing the physical access to the plant. It means some conventional diagnostics for the fusion plasma control will not be suitable in DEMO. Development of diagnostics along with the machine design is a primary task for the test plant. The deuterium–tritium fuel ratio and temperature are among important parameters, which should be under control. In this paper, a novel technique for the core fuel ratio and temperature diagnostics is proposed. It is based on measurements and comparison of the rates T(p, γ)4He and D(T, γ)5He nuclear reactions that take place in the hot deuterium–tritium plasma. Based on detection of high-energy gamma-rays, this diagnostic is robust, efficient and does not require direct access to the plasma. It could be included in the loop of the burning plasma control system. A feasibility of the diagnostic in experiments on JET and ITER is also discussed.
ITERと比較して、建設中の実験用核融合装置である次段階の試験用核融合発電プラントDEMOは、非常に長いパルス/定常運転と、はるかに高いプラズマ体積および核融合出力を特徴とする。中性子束とガンマ線束の大幅な増加は、プラントへの物理的アクセスの低減を必要とする。これは、従来の核融合プラズマ診断手法の一部がDEMOには適さないことを意味する。したがって、装置設計と並行した診断手法の開発が、試験用プラントにとって主要な課題である。重水素-トリチウム燃料比と温度は、制御すべき重要なパラメータの一つである。本論文では、高温重水素-トリチウムプラズマ中で生じるT(p,γ)4He反応とD(T,γ)5He反応の反応率の測定と比較に基づく、コア燃料比および温度診断のための新しい手法を提案する。高エネルギーガンマ線の検出に基づくこの診断法は、堅牢かつ効率的であり、プラズマへの直接アクセスを必要としない。本手法は燃焼プラズマ制御システムのループに組み込むことが可能である。さらに、JETおよびITER実験における本診断法の実現可能性についても議論する。