Achieving high neutron yields in today's fusion research relies on high-power auxiliary heating in order to attain required core temperatures. This is usually achieved by means of high neutral beam (NB) and radio frequency (RF) power. Application of NB power is accompanied by production of fast beam ions and associated beam–target (BT) reactions. In standard JET operational conditions, deuterium (D) NBs are injected into D plasmas. The injected beams comprise D atoms at full, one-half and one-third injected energy. Typically, the full energy of the injected D beams is between 90 and 120 keV, providing 1.4–2.0 MW of heating, which is about half of the injected power. Half-energy D beams carry about one-third of the injected power and the rest of the power is carried by the third energy fraction of D beams. Under these conditions, thermal fusion reactions, i.e. those between plasma ions, and BT reactions are of the same order of magnitude. This study addresses important issues regarding the impact of density, central electron and ion temperatures and their ratio, Ti(0)/Te(0), on fusion performance, measured by the total neutron yield and BT neutron counts. NB/RF synergistic effects are discussed as well. It is demonstrated that thermal fusion gain increases linearly with normalised plasma pressure, βN, and confinement, Btτ. The BT neutrons are, however, more difficult to predict and this task in general requires numerical treatment. In this study, BT neutrons in JET's best-performing baseline and hybrid pulses are analysed and the underlying dependencies discussed. Central fast ion densities are found to decrease with increased density and density peaking. This is attributed to poorer beam penetration at high density. The BT reactions however are unchanged and can even increase if operating at higher core temperatures. An increase in the central ion temperature and Ti(0)/Te(0) ratio leads to higher total and BT reaction rates whilst simultaneously the ratio of the BT to total neutron decreases significantly. NB/RF synergistic effects are found to have a negligible impact on total neutron rate. This can be explained by the reduced beam penetration in high-density conditions leading to lower central fast ion density.
今日の核融合研究において高い中性子収量を達成することは、必要な中心温度を得るために高パワーの補助加熱に依存している。これは通常、高パワーの中性粒子ビーム（NB）および高周波（RF）加熱によって達成される。NBパワーの印加は、高速ビームイオンの生成とそれに伴うビーム–ターゲット（BT）反応を伴う。標準的なJET運転条件では、重水素（D）中性粒子ビームがDプラズマに入射される。入射ビームは、入射エネルギーの全エネルギー、1/2、1/3のD原子から構成される。典型的には、入射Dビームの全エネルギーは90〜120 keVであり、1.4〜2.0 MWの加熱を提供する。これは入射パワーの約半分に相当する。半エネルギーDビームは入射パワーの約3分の1を担い、残りのパワーはDビームの第3エネルギー成分によって担われる。これらの条件下では、プラズマイオン間の熱核融合反応とBT反応は同程度の大きさである。本研究は、全中性子収量とBT中性子計数によって測定される核融合性能に対する、密度、中心電子温度と中心イオン温度、およびそれらの比 Ti(0)/Te(0) の影響に関する重要な問題を取り扱う。NB/RF相乗効果についても議論する。熱核融合利得は、規格化プラズマ圧力 βN および閉じ込め Btτ とともに線形に増加することが実証される。しかしながら、BT中性子は予測がより困難であり、この課題は一般に数値的取り扱いを必要とする。本研究では、JETの最高性能のベースラインおよびハイブリッドパルスにおけるBT中性子を解析し、基礎となる依存性について議論する。中心高速イオン密度は、密度および密度ピーキングの増加とともに減少することが見出された。これは、高密度でのビーム侵入の低下に起因する。しかしながら、BT反応は変化せず、より高い中心温度で運転すれば増加することもある。中心イオン温度および Ti(0)/Te(0) 比の増加は、より高い全反応率およびBT反応率をもたらす一方で、同時にBT対全中性子の比は大幅に減少する。NB/RF相乗効果は、全中性子率に対して無視できる影響しか及ぼさないことが見出された。これは、高密度条件でのビーム侵入の低下が中心高速イオン密度の低下をもたらすことによって説明できる。