This paper presents the development of a simultaneous measurement method for fast neutron energy spectra and tritium production rates within mixed radiation fields using a single crystal chemical vapour deposition diamond detector combined with a lithium fluoride (LiF) foil. The method involves the separation of pulses with rectangular shapes and the determination of the depth position within the single crystal diamond (SCD) struck by fast neutrons or nuclear reaction products including recoil tritons from the LiF foil based on pulse width, extracting pulse events occurred at the specific bulk region and the surface region of the SCD. Subsequently, unfolding techniques were employed to analyse the energy deposition spectrum of pulses at the specific bulk region which are induced only by fast neutrons, allowing the deduction of the fast neutron energy spectrum. To evaluate the tritium production rate, the energy deposition spectrum of pulses from events occurring at the SCD surface facing the LiF foil was analysed. By estimating the energy deposition spectrum solely induced by fast neutrons striking the SCD surface and subtracting it from the energy deposition spectrum of events at the SCD surface, the contribution of energetic ions, such as recoil tritons generated by the 6Li(n,α)3H reaction in the LiF foil, was determined. The fast neutron flux and tritium production rate obtained through this study were consistent with particle transport calculations, demonstrating the successful development of a method suitable for performance testing of fusion reactor blankets.
本論文は、混合放射線場内における高速中性子エネルギースペクトルとトリチウム生成率を、フッ化リチウム(LiF)箔と組み合わせた単結晶化学蒸着ダイヤモンド検出器を用いて同時測定する方法の開発について述べる。本方法では、矩形形状を持つパルスの分離と、パルス幅に基づく、高速中性子またはLiF箔からの反跳トリトンを含む核反応生成物が衝突した単結晶ダイヤモンド(SCD)内の深さ位置の決定を行い、SCDの特定のバルク領域および表面領域で発生したパルス事象を抽出する。続いて、高速中性子のみによって誘起される特定のバルク領域におけるパルスのエネルギー付与スペクトルを解析するためにアンフォールディング手法を適用し、高速中性子エネルギースペクトルを推定した。トリチウム生成率を評価するためには、LiF箔に面するSCD表面で発生した事象によるパルスのエネルギー付与スペクトルを解析した。SCD表面に衝突する高速中性子のみによって誘起されるエネルギー付与スペクトルを推定し、SCD表面での事象のエネルギー付与スペクトルから差し引くことにより、LiF箔内の6Li(n,α)3H反応によって生成される反跳トリトンなどの高エネルギーイオンの寄与を決定した。本研究で得られた高速中性子フラックスとトリチウム生成率は粒子輸送計算と一致し、核融合炉ブランケットの性能試験に適した方法の開発に成功したことを示している。