Necessary performance characteristics of neutron spectrometer for fusion plasma diagnostics: An information-theoretic discussion on radiation detector resolution

Abstract

The performance of a detector characterized by the resolution or the Full-Width-at-Half-Maximum (FWHM) of an obtained peak spectrum for monoenergetic radiation was first discussed. It was pointed out that the understanding of the FWHM value as an uncertainty measure was incorrect from the viewpoint of the statistics, and that the resolution or FWHM is a statistical indication of the detector performance. The parameter estimation of the measured spectrum in connection with the resolution of the detector was discussed from the information theoretical and statistical aspects. In the fusion plasma diagnosis by measuring the ion temperature, a method based on the fusion neutron spectrum measurement is considered to play a key role. The neutron spectrometer for the plasma diagnosis was required to have high energy resolution at least of 2 percent at 14 MeV, and simultaneously to have higher detection efficiency of the order of 10(exp -5). The concept on the criteria for the resolution of neutron spectrometer was discussed from the aspect of the information statistics. It was pointed out that statistics gave the best estimators for the mean and variance of the normal distribution as the maximum likelihood estimators.

単一エネルギー放射線に対して求めたピークスペクトルの分解能あるいは半値全幅(FWHM)により特徴付けられる検出器の性能について最初に論じた。FWHMを不確定性測度として理解することは統計学の観点からは不正確であること、および分解能あるいはFWHMが検出器性能の統計的指標であることを指摘した。検出器の分解能に関連してスペクトル測定値のパラメータ推定を情報理論的および統計的角度から論じた。イオン温度の測定による核融合プラズマ診断では、核融合中性子スペクトル測定に基づく方法が重要な役割を果たすと見なされている。プラズマ診断に適した中性子分光器は14MeVで少なくとも2%の高いエネルギー分解能を持つこと、および10(exp -5)のオーダの高い検出効率を有することが必要である。中性子分光器の分解能に対する判定規準を情報統計学の面から論じた。統計学が最尤推定量として正規分布の平均値と分散に対し最適な推定量を与えることを指摘した。