非中性状態から中性状態に遷移するプラズマの特性変化

• Project/Area Number: 11878075
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: プラズマ理工学
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 際本 泰士 京都大学, 総合人間学部, 教授 (50018040)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 毛利 明博 京都大学, 総合人間学部, 名誉教授 (10025926) ; 道下 敏則 京都大学, 総合人間学部, 助手 (00166050) ; 湯山 哲守 京都大学, 総合人間学部, 助手 (90026815) ; 石黒 静児 京都大学, 核融合科学研究所, 助教授 (10193301)
• Project Period (FY): 1999 – 2000
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2000)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2000: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 1999: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: 非中性プラズマ / 密度上限 / 中性化 / イオン源 / プローブ計測 / 電位分布の導出

Research Abstract

電子の閉込めに関して,生成法・制御法・画像技術を用いた計測法は大幅に進展した.[1-8.但し11.のリストの上から数えた番号で論文を参照する.]特に中性化に伴う不安定振動の検出のため,導体壁に埋込んだセクタープローブによる静電誘導検出効率について定量的な検討を行った.その内容は次のとおりである.まず,画像計測によって得られる密度分布を基盤にして,円筒導体内の二次元面内で電位分布と電場分布とを数値計算で高速に決定する手法を開発した.円筒導体表面における電場から表面電荷密度分布を決定することができるから,時間差のある画像間の表面電荷密度の差分からプローブ電流を決定することができる.この電流は独立にプローブ計測で測定することができる.両者を比較すると,画像計測で完全に密度分布が決定できるかぎり,プローブ信号とは良く一致することが,初めて確認された.[3]
イオン源に関しては,磁場強度と質量に依存して決る密度上限(Brillouin Limit)が最も高い水素イオン生成を目的として,いくつかの問題点の解明に当ってきた.水素含浸のチタンリング・スタックの放電による水素イオン源を完成した.一方でアルカリ金属と水素の化合体を電子ビームで分解して水素イオンを作る方法を試験した.CaH_2を用いた実験では水素イオンビームのパルス的引出しに成功した.電子からの変換効率は5E-6程度であり,他の実験データと矛盾しない.ただし微粒子による,ポンプやバルブ周辺の汚染が克服すべき問題である.
イオンの閉込めに関しては,やはり磁場の弱さ(<500G)がネックである.1KG近い磁場で動作するトラップが完成間近であるので,そちらで電子とイオンを同居させて,中性化に伴う物理現象の検証を続行する.

Research Products

• [Publications] 際本泰士: "非中性プラズマ中の渦運動"日本物理学会誌. 56・4. 8 (2001)
• [Publications] 際本泰士: "非中性プラズマの渦"プラズマ・核融合学会誌. 77・4. 9 (2001)
• [Publications] K.Ito,Y.Kiwamoto,A.Sanpei: "Field Analysis of Two-Dimensional Dynamics of Non-neutral Plasma by Imaging Diagnostics and Examination by Sector-Probing"Jpn.J.Applied Physics. Vol.40No.4A. 8 (2001)
• [Publications] Y.Kiwamoto,K.Itoh,A.Sanpei: "Controlled Experiment of Two-dimensional Vortex Dynamics in Electron Plasma"J.Plasma Fusion Res.SERIES (Invited Talk in 2000 Toki Conference). Vol.4. 8 (2001)
• [Publications] Y.Kiwamoto,K.Itoh,A.Sanpei and A.Mohri: "Two-dimensional Vortex Dynamics in a Potential-Confined Electron Plasma"Transactions of Fusion Technology (Invited Talk in Inrern.Conf.Open Magnetic Sys.for Plasma Confinement Tsukuba 2000.7.). Vol.39,No.1T. 119-126 (2001)
• [Publications] Y.Kiwamoto,K.Itoh,A.Sanpei and A.Mohri: "Dynamics of Electron-Plasma Vortex in Background Vorticity Distribution"Physical Review Letters. Vol.85,No.15. 3173-3176 (2000)
• [Publications] A.Mohri,T.Yuyama,T.Michishita et al.: "Stacking of Low Current Electron Beam in a Harmonic Potential Trap by RF-Repeller"Jpn.J.Applied Physics. Vol.39,No.12A. 6726-6731 (2000)
• [Publications] Y.Kiwamoto: "What we can do with non-neutral Plasmas?"Proc.Plasma Science Symposium 2001/The 18th Symp.on Plasma Processing, Kyoto (Invited Talk). 759-760 (2001)
• [Publications] Yasuhito Kiwamoto,Kiyokazu Ito,Akio Sanpei,Akihiro Mohri et ai.: "Accelerated Merging of Electron Vortices in Background Vorticity"Journal of Phys.Soc.Japan(Letter).. Vol.68,No.12. 3766-3769 (1999)
• [Publications] Yasuhito Kiwamoto,Kiyokazu Ito,Akio Sanpei,Akihiro Mohri et ai.: "2-D Interaction of Discrete Electron Vortices"Non-neutral Plasma Physics III (AIP Conference Proceedings 498) ed.J.J.Bollinger,R.L.Spencer and R.C.Davidson. 99-105 (1999)
• [Publications] 際本泰士: "ムービーで見るプラズマ・核融合「電子プラズマ渦の運動」"プラズマ・核融合学会誌. (CD-ROM)Vol.76,No.1. (2000)
• [Publications] T.Saito,M.Ichimura,Y.Kiwamoto et al.: "Enhanced axial loss of electrons from a tandem mirror induced by an Alfven ion cyclotron wave"Phys.Rev.Lett.. Vol.82,No.6. 1169-1172 (1999)
• [Publications] A.Mohri,Y.Kiwamoto,T.Yuyama,T.Michishita,et al.: "Experiments on Nonneutral Plasma Confinement in a Field Composed of a Magnetic Quadrupole and Electric Octapole"Proc.26th European Conf.on Controlled Fusion and Plasma Physics, at Maastricht, Netherlands. 4 (1999)
• [Publications] K.Yatsu,L.G.Bruskin,Y.Kiwamoto et al.: "Plasma confinement in the GAMMA 10 tandem mirror"Nuclear Fusion. Vol.39,No.11Y. 1707-1712 (1999)
• [Publications] T.Saito,Y.Tatematsu,Y.Kiwamoto et al.: "Fusion Engineering and Design"Axi-symmetrization of radiation pattern and two wave heating of fundamental ECRH in GAMMA 10. (2000)
• [Publications] Y.Tatematsu,T.Saito,Y.Kiwamoto et al.: "Fusion Engineering and Design"Cyclotron Emission Spectra from Collsionless Electrons Resonantly Heated by Cyclotron Waves in a Magnetic Mirror. (2000)