Gamma rays generated in nuclear reactions have been used on the Joint European Torus (JET) for more than a quarter of a century to study the main mechanisms of fast-ion slowing down, redistribution as well as for the development of optimal plasma scenarios with auxiliary plasma heating. In future deuterium–tritium (D–T) fusion machines, γ-ray measurements, as well as neutron diagnostics, are amongst a very restricted set of plasma diagnostics that will be practical by virtue of their tolerance to the harsh radiation environments they will be required to work within. In this paper, we propose various applications using γ-ray diagnostics during all reactor exploitation phases, from the no-/low-activation to the burning D–T plasmas, for the setup of plasma discharges, characterisation of the auxiliary plasma heating, and development of optimal deuterium and D–T plasma scenarios. Possibilities of γ-ray diagnostics for α-particle studies in D–T and low-activation plasmas are comprehensively discussed. Nuclear reactions generating γ-rays, which are suitable for measurements in fusion devices, have been selected and recommendations for their usage based on their previous experience on JET are given. This paper provides insights for the design and modelling of γ-ray diagnostic systems, as well as testing them in currently working fusion devices before their use in burning plasma machines.
核反応で生成されるγ線は、四半世紀以上にわたり、合同欧州トーラス（JET）において、高速イオンの減速と再分布の主要なメカニズムの研究、ならびに補助プラズマ加熱を伴う最適なプラズマシナリオの開発に使用されてきた。将来の重水素–トリチウム（D–T）核融合装置では、γ線測定は中性子計測と並んで、それらが動作を要求される過酷な放射線環境への耐性により実用的となる、極めて限られたプラズマ計測の一つである。本論文では、無/低放射化から燃焼D–Tプラズマまでのすべての原子炉運転段階において、プラズマ放電のセットアップ、補助プラズマ加熱の特性評価、最適な重水素およびD–Tプラズマシナリオの開発のために、γ線計測を用いた様々な応用を提案する。D–Tおよび低放射化プラズマにおけるα粒子研究のためのγ線計測の可能性について包括的に議論する。核融合装置での測定に適したγ線を生成する核反応が選択され、JETでのこれまでの経験に基づくそれらの使用に関する推奨事項が示される。本論文は、γ線計測システムの設計とモデリング、および燃焼プラズマ装置での使用前に現在稼働中の核融合装置でそれらを試験することに関する洞察を提供する。