If the nuclei remain polarized, spin polarized fuel can increase the fusion power produced in a reactor while using less fuel. This study assesses whether reactions between an unpolarized deuterium (D) beam and polarized deuterium nuclei can in principle experimentally ascertain the persistence of nuclear polarization in a magnetic fusion experiment. The differential cross section for D–D reactions between unpolarized and polarized nuclei depends upon polarization, so the polarization state can be inferred from measurements of the D–D fusion products. An evaluation is performed for 3 MeV proton detection in the DIII-D tokamak using 81 keV neutral beams and polarized target fuel injected as a pellet. Measurement of the escaping proton pitch is insensitive to the degree of polarization but energy-resolved measurements are sensitive. The sensitivity is comparable for different angles of beam injection. Because the D–D reaction rate is large for this scenario, uncertainties associated with counting statistics are small, making inference of the polarization feasible with current technology.
核が偏極したままであれば、スピン偏極燃料は、より少ない燃料を使用しながら、炉で生成される核融合出力を増大させることができる。本研究は、非偏極重水素（D）ビームと偏極重水素核との間の反応が、磁場閉じ込め核融合実験において核偏極の持続性を原理的に実験的に確認することができるかどうかを評価するものである。非偏極核と偏極核の間のD–D反応の微分断面積は偏極に依存するため、偏極状態はD–D融合生成物の測定から推測することができる。評価は、81 keVの中性ビームとペレットとして注入される偏極ターゲット燃料を用いたDIII-Dトカマクにおける3 MeV陽子検出に対して実施される。逃散陽子のピッチの測定は偏極度に対して鈍感であるが、エネルギー分解測定は敏感である。この感度は、ビーム入射の異なる角度に対して同程度である。このシナリオではD–D反応率が大きいため、計数統計に関連する不確かさは小さく、現在の技術で偏極の推測が実現可能となる。