A high resolution neutron spectrometer (HRNS) system has been designed as a neutron diagnostic tool for ITER. The HRNS is dedicated to measurements of time resolved neutron energy spectra for both deuterium and deuterium–tritium (DT) plasmas. The main function of the HRNS is to determine the fuel ion ratio nt/nd in the plasma core with 20% uncertainty and a time resolution of 100 ms for a range of ITER operating scenarios from 0.5 MW to 500 MW in fusion power. Moreover, neutron spectroscopy measurements should also be possible in the initial deuterium phase of ITER experiments. A supplementary function of the HRNS is to provide information on the fuel ion temperature. Furthermore, the HRNS can be used as an additional line-of-sight (LOS) for the radial neutron camera. To meet these requirements, a set of four spectrometers positioned after each other along a single LOS has been designed. The detector techniques employed include a thin foil proton recoil spectrometer (TPR), a neutron diamond detector (NDD), a back-scattering time-of-flight system (bToF) and a forward time-of-flight system (fToF). The TPR system, positioned closest to the plasma, provides data at high fusion powers. For plasma conditions producing intermediate fusion power two neutron spectrometers are installed: NDD and bToF. The NDD is installed as the second instrument along the HRNS LOS after the TPR. The fToF spectrometer is dedicated for low tritium densities and pure deuterium operation.The paper summarizes the current state of the art of neutron spectroscopy useful in plasma diagnostics and the possibility of installing a dedicated HRNS for ITER in the designated diagnostic port. We conclude that the proposed HRNS system can fulfil the ITER measurement requirements over a broad range of plasma operational scenarios, including full power DT, start-up, ramp-down and pure D operations.
高分解能中性子分光器（HRNS）システムは、ITER用の中性子診断ツールとして設計されている。HRNSは、重水素プラズマおよび重水素–三重水素（DT）プラズマの両方における時間分解中性子エネルギースペクトルの測定に特化している。HRNSの主な機能は、0.5 MWから500 MWの範囲のITER運転シナリオにおいて、20%の不確かさと100 msの時間分解能で、プラズマ中心部の燃料イオン比nt/ndを決定することである。さらに、ITER実験の初期重水素相においても中性子分光測定が可能であるべきである。HRNSの補助的な機能は、燃料イオン温度に関する情報を提供することである。さらに、HRNSは径方向中性子カメラの追加の視線（LOS）としても使用できる。これらの要件を満たすために、単一のLOSに沿って直列に配置された4つの分光器からなるセットが設計されている。採用された検出器技術には、薄膜陽子反跳分光器（TPR）、中性子ダイヤモンド検出器（NDD）、後方散乱飛行時間型システム（bToF）、および前方散乱飛行時間型システム（fToF）が含まれる。TPRシステムはプラズマに最も近い位置に配置され、高核融合出力時にデータを提供する。中間的な核融合出力を生成するプラズマ条件に対しては、NDDとbToFの2つの中性子分光器が設置される。NDDはHRNSのLOSに沿ってTPRの後に2番目の機器として設置される。fToF分光器は、低三重水素密度および純重水素運転に特化している。本論文は、プラズマ診断に有用な中性子分光法の最新技術と、指定された診断ポートにITER用の専用HRNSを設置する可能性について要約している。提案されたHRNSシステムは、全出力DT運転、立ち上げ時、立ち下げ時、および純D運転を含む広範囲のプラズマ運転シナリオにわたって、ITERの測定要件を満たすことができると結論付けられる。