One of the goals with fusion research is to develop fusion reactors that produce electricity, as a sustainable and safe energy source for the future. That requires comprehensive knowledge about the fusion reactions involved. One such reaction is the T+T reaction, the fusion between two tritium nuclei. Two neutrons and one 4He are produced, each with a spectrum of possible energies. This project aims to improve the efficiency of neutron-energy sampling for calculations of neutron energy spectra from the T+T reaction.

A Dalitz plot is a two-dimensional plot representing the kinematically allowed region in phase space for the particles created in a three-body reaction. By sampling the kinematic variables from the Dalitz plot, it is possible to generate the energy spectra of the reaction products by means of a Monte-Carlo simulation. Neglecting all interactions between the created particles, the Dalitz plot is a uniform distribution and can be calculated using relativistic kinematics. When particle interactions are considered, the calculations become complicated and a so-called R-matrix model can be used to obtain the Dalitz plot of the T+T reaction. This model splits configuration space into two regions with separate wave functions and then matches them at the boundary in order to describe the physics of the reaction.

As an alternative to the two-dimensional sampling method that is currently being used, the Dalitz plots were integrated to one-dimensional distributions that were then used for sampling. Both when neglecting and considering the particle interactions, the one-dimensional sampling method is around two times as fast as the two-dimensional method. The results of this project can thereby improve the efficiency of neutron-energy-spectrum calculations, which can be used to aid the interpretation of measurement results from fusion experiments.

Ett av målen med fusionsforskning är att utveckla fusionsreaktorer som producerar el, som en hållbar och säker energikälla för framtiden. Det kräver omfattande kunskap om de involverade fusionsreaktionerna. En sådan reaktion är T+T-reaktionen, fusionsreaktionen mellan två tritiumkärnor. Då bildas två neutroner och en 4He, var och en med ett spektrum av möjliga energier. Det här projektet syftar till att effektivisera samplingen av neutronenergier för beräkning av neutronenergispektra från T+T-reaktionen.

Ett Dalitzdiagram är ett tvådimensionellt diagram som representerar det kinematiskt tillåtna området i fasrummet för de partiklar som bildas vid en trekroppsreaktion. Genom att sampla de kinematiska variablerna från Dalitzdiagrammet är det möjligt att generera energispektrumet för reaktionen med Monte-Carlo-simulering. Försummas alla interaktioner mellan de partiklar som bildas är Dalitzdiagrammet en likformig fördelning och kan beräknas med relativistisk kinematik. När partikelinteraktionerna beaktas blir beräkningarna komplicerade och en så kallad R-matrismodell kan användas för att ta fram Dalitzdiagrammet för T+T-reaktionen. Modellen delar konfigurationsrummet i två områden med separata vågfunktioner och matchar sedan dessa på randen för att beskriva fysiken i reaktionen.

Som ett alternativ till den tvådimensionella samplingsmetod som används idag, integrerades Dalitzdiagrammen till endimensionella fördelningar som därefter samplades. Både när partikelinteraktionerna försummas och när de beaktas är den endimensionella metoden ungefär dubbelt så snabb som den tvådimensionella. Därmed kan resultatet av det här projektet bidra till att effektivisera beräkningar av neutronenergispektra, vilka i sin tur kan underlätta tolkningen av mätresultat från fusionsexperiment.