We present a fully analytical model for calculating energy spectra of neutrons generated by fusion reactions involving a fast ion, or beam, and a stationary ion, or target, in magnetic fusion plasmas. For neutrons moving along the line-of-sight of a detector, the neutron spectrum is given by an analytical expression and the usual differential cross section. This makes the model several orders of magnitude faster than ordinary Monte Carlo simulations and free of any related statistical noise. Additionally, the analytical description of the reaction physics provides much more insight into the formation of the spectrum. An example of this is the bias of beam-target spectra towards high-energy neutron counts, which corresponds to forward-emission events. On the other hand, the fast-ion uniform gyro-angle distribution has an opposite effect, but is ultimately weaker than the preferential forward emission of neutrons. The model is validated against numerical calculations from the forward model code GENESIS to verify its validity and it is furthermore derived from a probabilistic viewpoint, adding further insight.
我々は、磁場閉じ込め核融合プラズマ中で、高速イオン（またはビーム）と静止イオン（またはターゲット）が関与する核融合反応によって生成される中性子のエネルギースペクトルを計算するための完全解析モデルを提示する。検出器の視線方向に沿って移動する中性子について、中性子スペクトルは解析的表現と通常の微分断面積によって与えられる。これにより、このモデルは通常のモンテカルロシミュレーションよりも数桁高速であり、関連する統計的ノイズも一切生じない。さらに、反応物理の解析的記述は、スペクトルの形成に対するはるかに多くの洞察を提供する。この例として、ビーム・ターゲットスペクトルが高エネルギー中性子カウントの方へ偏ること、すなわち前方放出事象に対応することが挙げられる。一方、高速イオンの一様なジャイロ角分布は逆の効果を持つが、最終的には中性子の優先的な前方放出よりも弱い。このモデルは、その有効性を検証するために前方モデルコードGENESISによる数値計算と照合され、さらに確率論的観点からも導出され、さらなる洞察が加えられている。