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Study on contrituion of dielectronic recombination proccess to emission structure of tungste ions in a plasma

Research Project

Project/Area Number 16H04623
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Nuclear fusion studies
Research InstitutionNational Institute for Fusion Science

Principal Investigator

村上 泉  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (30290919)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 佐々木 明  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員(定常) (10215709)
坂上 裕之  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40250112)
仲野 友英  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, 上席研究員(定常) (50354593)
中村 信行  電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 准教授 (50361837)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2021-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2016: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
Keywordsプラズマ・核融合 / プラズマ計測 / プラズマ原子分子過程 / 多価イオン / 分光計測 / 再結合過程 / タングステン
Outline of Annual Research Achievements

本課題では、プラズマ中のタングステンイオンの挙動研究を分光的手段で行うために不可欠なタングステンイオン分光モデルに再結合過程を取り込み、発光構造における二電子性再結合過程の寄与を調べ、またモデルをプラズマ分光実験によって検証することを目的としている。
理論研究では、27価タングステンイオンの詳細衝突輻射モデルにおいて、原子構造において大きな方位量子数lの寄与も検討するため、lを4まで考慮したモデルと5まで考慮したモデルを比較した。発光構造としては、5までのモデルでは強い発光線の強度が2-4割増加した。二電子性再結合速度係数は、温度100eV以上で2割程度増加した。
電子配位レベルによる衝突輻射モデルを構築し、発光構造を詳細衝突輻射モデルの結果と比較した。波長4-5nmに現れる主量子数n=4-4遷移は、波長のずれが1nmほどあり2つのモデルの発光構造は大きく違うが、波長2-4nmに現れるn=4-5, 4-6遷移による発光構造は、波長も強度も電離進行プラズマでも再結合プラズマでもよく一致した。従って、主量子数の大きなレベルは電子配位レベルでよく近似できることがわかった。また、二つのモデルをつなぐレベルマッチングアルゴリズムの検討も進んだ。
二電子性再結合速度係数導出に必要な分岐比を適切な計算量で精度よく求める最適な方法の検討も進め、遷移確率の大きな支配的な遷移を判定、選別して用いることが重要であることがわかった。
分光実験としては、コンパクト電子ビームイオントラップ装置に高分散分光器を設置し、フィルターと2次光を併用して非常に波長分解能の高いスペクトルが得られることができた。今後、測定されたスペクトルを用いて分光モデルの検証と原子構造の最適化が図れることになる。大型ヘリカル装置のプラズマ実験においても様々なプラズマ条件でのタングステンイオンスペクトルを測定することができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

27価タングステンイオンの原子データを用いて、微細構造レベルの詳細衝突輻射モデルと電子配位レベルによる衝突輻射モデルの比較を行い、主量子数の大きなレベルに対しては、電子配位レベルでも発光構造がよく近似できることを確認できた。また、レベルマッチングアルゴリズムの検討も進み、コーディングのめどを立てることができた。二電子性再結合速度係数を適度な計算量で精度よく計算するための方針を詳細に検討することもできた。だが、26価、28価へのモデルの拡張は進めることができなかった。
実験では、コンパクト電子ビームイオントラップ装置(CoBIT)を用いた分光実験により非常に高い波長分解能のスペクトルを極端紫外波長域で得られることができるようになり、細かな発光構造をモデルと比較することが可能になった。これにより実験結果を用いた原子構造の最適化、波動関数の最適化を行うことができる。大型ヘリカル装置(LHD)のプラズマ実験では様々なプラズマ条件でのスペクトルが得られ、特に平成29年度は低温度プラズマにおける低価数タングステンイオンのスペクトルも得られた。これらのデータベースは今後モデル拡大の際に検証に用いることができる。一方、二電子性再結合過程の計測実験は最適な測定波長域の特定が進んでいないためまだ実施できていない。今後の課題として残った。

Strategy for Future Research Activity

レベルマッチングアルゴリズムを使った改良衝突輻射モデルのコードを作成し、そのテストを27価イオンの原子データを用いて行い、計算結果の妥当性を定量的に評価する。その際、微細構造レベルによる詳細衝突輻射モデルと電子配位レベルによる衝突輻射モデルとの計算結果とそれぞれ比較し、差異を詳細に検討する。26価イオン、28価イオンに対しても、同様の検討を行う。電子ビームイオントラップ装置(CoBIT)による高分散分光スペクトル計測で得られたスペクトルの比較を行い、特に発光線波長を最もよく再現する原子構造を得るための波動関数の最適化を行うため、様々なケーススタディを行う。
二電子性再結合速度係数の詳細な理論計算に対して、二重励起状態に対する光放射だ吊過程と自動電離により決まる分岐比を精度よくかつ効率よく求めるために最適化の指針を調べ、いろいろな価数のイオンに対しても応用する。この指針を改良衝突輻射モデルコードに行かせるよう検討を進める。
CoBITを用いた高分散分光観測により、様々な価数のイオンに対してスペクトルを計測する。また、LHDをもちいたプラズマ実験においても、引き続き様々なプラズマパラメータにおけるタングステンのスペクトルを計測し、発光構造のデータベース化を進めていく。データベース化した発光構造は、波動関数の最適化や衝突輻射モデルによる計算の妥当性の検証に用いる。CoBITを用いた二電子性再結合過程の計測については、二電子性再結合過程によるサテライト線の計測に最適な波長域の特定も含め、実験の実施に向けて進めていく。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report

Research Products

(30 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article Presentation

  • [Journal Article] Theoretical investigation on the soft X-ray spectrum of the highly-charged W54+ ions2018

    • Author(s)
      X. Ding, J. Yang, F. Koike, I. Murakami, D. Kato, H. A. Sakaue, N. Nakamura. C. Dong
    • Journal Title

      Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer

      Volume: 204 Pages: 7-11

    • DOI
      10.1016/j.jqsrt.2017.08.020
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Collisional-radiative model including recombination processes for W27+ ion2017

    • Author(s)
      I. Murakami, A. Sasaki, D. Kato, F. Koike
    • Journal Title

      The European Physical Journal D

      Volume: 71 Pages: 1-6

    • DOI
      10.1140/epjd/e2017-80099-4
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Direct Observation of the M1 Transition between the Ground Term Fine Structure Levels ofW VIII2017

    • Author(s)
      M. Mita, H.A. Sakaue, D. Kato, I. Murakami, and N. Nakamura
    • Journal Title

      Atoms

      Volume: 5 Pages: 131-5

    • DOI
      10.3390/atoms5010013
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Effective Recombination Rates for Tungsten Ions Derived with a Collisional-Radiative Model2017

    • Author(s)
      I. Murakami and A. Sasaki
    • Journal Title

      Research Report NIFS-PROC

      Volume: 103 Pages: 7-11

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Extreme ultraviolet spectroscopy and atomic models of highly charged heavy ions in the Large Helical Device2017

    • Author(s)
      Chihiro Suzuki, Izumi Murakami, Fumihiro Koike, Naoki Tamura, Hroyuki A. Sakaue, Shigeru Morita, Motoshi Goto, Daiji Kato, Hayato Ohashi, Takeshi Higashiguchi, Shigeru Sudo, and Gegard O’Sullivan
    • Journal Title

      Plasma Physics and Controlled Fusion

      Volume: 59

    • DOI
      10.1088/0741-3335/59/1/014009
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Direc observation of the M1 transition between the ground state frin structure splitting of W VII2017

    • Author(s)
      M. Mita and N. Nakamura
    • Journal Title

      Research Report NIFS-PROC

      Volume: 103 Pages: 46-49

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 再結合プラズマのためのタングステンイオン衝突輻射モデルの拡張 II2018

    • Author(s)
      村上泉、佐々木明、加藤太治
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] タングステンイオンW VII-XIVの可視・EUV領域発光スペクトルの観測2017

    • Author(s)
      三田百恵, 村上泉, 加藤太治, 坂上裕之, 中村信行
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] EBITを用いた多価イオン発光スペクトルの可視、VUV及びEUV分光測定2017

    • Author(s)
      坂上裕之、中村信行、加藤太治、村上泉
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 無冷媒高温超伝導コイルを用いた電子ビームイオントラップの開発2017

    • Author(s)
      玉井駿宏、寺島若葉、坂上裕之、柳長門、中村信行
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Observation of optical M1 lines of highly ionized Wq+ ions in the ground states and its application to W density analysis at LHD2017

    • Author(s)
      D. Kato, K. Fujii, M. Goto, I. Murakami, N. Nakamura, T. Oishi, H. A. Sakaue, N. Tamura, S. Morita
    • Organizer
      China-Japan Collaboration Workshop on Stability and Transport of Edge Plasmas
    • Place of Presentation
      Fuzhou, China
    • Year and Date
      2017-03-03
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Systematic study on soft X-ray spectra from heavy ions in optically thin and thick plasmas2017

    • Author(s)
      C. Suzuki, I. Murakami, F. Koike, T. Higashiguchi, H. A. Sakaue, N. Tamura, S. Sudo, G. O’Sullivan
    • Organizer
      44th European Physical Society Conference on Plasma Physics
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Atomic and Molecular Data Activities at NIFS in 2015-2012017

    • Author(s)
      Izumi Murakami
    • Organizer
      IAEA Technical Meeting of the International Atomic and Molecular Data Centre Network
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 再結合プラズマのためのタングステンイオン衝突輻射モデルの拡張について2017

    • Author(s)
      村上泉、佐々木明、加藤太治
    • Organizer
      Plasma Conference 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Observation and Identification of Tungsten Spectra Observed with an2016

    • Author(s)
      Nobuyuki Nakamura, Hiroyuki A. Sakaue, Daiji Kato and Izumi Murakami
    • Organizer
      IAEA Technical Meeting on Uncertainty Assessment and Benchmark
    • Place of Presentation
      Vienna, AUstria
    • Year and Date
      2016-12-19
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] タングステン多価イオン発光線の観測2016

    • Author(s)
      表一輝, 村上泉, 加藤太治, 坂上裕之, 中村信行
    • Organizer
      原子衝突学会第41回年会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2016-12-10
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] タングステンイオンの極端紫外スペクトルにおける二電子性再結合過程の寄与について2016

    • Author(s)
      村上泉、佐々木明、加藤太治、小池文博
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会第33回年会
    • Place of Presentation
      東北大学
    • Year and Date
      2016-11-29
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] プラズマ中の重元素多価イオンからの極端紫外スペクトルに関する系統的研究2016

    • Author(s)
      鈴木千尋、村上泉、小池文博、東口武史、坂上裕之、田村直樹、須藤滋、Gerry O'Sullivan
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会第33回年会
    • Place of Presentation
      東北大学
    • Year and Date
      2016-11-29
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Observation of visible forbidden lines of tungsten highly charged ions in LHD core plasmas and its application to ion distribution analysis2016

    • Author(s)
      D. Kato, H.A Sakau, I. Murakami, M. Goto, T. Oishi, K. Fujii, N. Nakamura, S. Morita
    • Organizer
      26th IAEA Fusion Energy Conference
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-10-17
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      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Population trapping: lost resonance lines in Pm-like Ions2016

    • Author(s)
      D. Kato and N. Nakamura
    • Organizer
      20th ADAS Workshop
    • Place of Presentation
      Gunsan, Koirea
    • Year and Date
      2016-09-29
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Collisional-Radiative Model of Tungsten Ions for EUV Spectroscopy2016

    • Author(s)
      I. Murakami, A. Sasaki, D. Kato, F. Koike
    • Organizer
      10th Int. Conf. on Atomic and Molecular Data and Their Applications
    • Place of Presentation
      Gunsan, Korea
    • Year and Date
      2016-09-25
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ATOMIC DATA RESEARCH FOR VISIBLE M1 LINE EMISSION OF GROUND-STATE HIGHLY CHARGED TUNGSTEN IONS IN PLASMA2016

    • Author(s)
      D. Kato, K. Fujii, M. Goto, I. Murakami, N. Nakamura, T. Oishi, H. A. Sakaue, N. Tamura, S. Morita
    • Organizer
      10th International Conference on Atomic and Molecular Data and Their Applications (ICAMDATA2016)
    • Place of Presentation
      Gunsan, Korea
    • Year and Date
      2016-09-25
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      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Experimental Evaluation of W44+ Ionization and W45+ Recombination Cross-Section2016

    • Author(s)
      T. Nakano, H. Ohashi, and N. Nakamura
    • Organizer
      10th Int. Conf. on Atomic and Molecular Data and Their Applications
    • Place of Presentation
      Gunsan, Korea
    • Year and Date
      2016-09-25
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      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Study of WI-WVII Line Emissions from Low-Ionized Tungsten Ions in Large Helical Device2016

    • Author(s)
      T. Oishi, S. Morita, X. L. Huang, H. M. Zhang, Y. Liu, M. Goto and the LHD Experiment group
    • Organizer
      The 10th International Conference on Atomic and Molecular Data and Their Applications
    • Place of Presentation
      Gunsan, Koirea
    • Year and Date
      2016-09-25
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Population trapping: the mechanism for the lost resonance lines in Pm-like ions2016

    • Author(s)
      D. Kato and N. Nakamura
    • Organizer
      18th International Conference on Physics of Highly Charged Ions (HCI2016)
    • Place of Presentation
      Kielce, Poland
    • Year and Date
      2016-09-11
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Effective Recombination Rates for Tunsten Ions Derived with a Collisional-Radiative Model2016

    • Author(s)
      I. Murakami and A. Sasaki
    • Organizer
      Japan-China-Korea Joint Seminar on Atomic and Molecular Processes in Plasma
    • Place of Presentation
      Chengdu, China
    • Year and Date
      2016-07-26
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Observation of visible and EUV emission spectra of tungsten ions2016

    • Author(s)
      MITA Momoe, and NAKAMURA Nobuyuki
    • Organizer
      Japan-China-Korea Joint Seminar on Atomic and Molecular Processes in Plasma
    • Place of Presentation
      Chengdu, China
    • Year and Date
      2016-07-26
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] EUV spectroscopy and atomic models of highly charged heavy ions in the Large Helical Device2016

    • Author(s)
      C. Suzuki, I. Murakami, F. Koike, N. Tamura, H. A. Sakaue, S. Morita, M. Goto, D. Kato, H. Ohashi, T. Higashiguchi, S. Sudo and G. O'Sullivan
    • Organizer
      The 43rd European Physical Society Conference on Plasma Physics
    • Place of Presentation
      Leuven, Belgium
    • Year and Date
      2016-07-04
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Spectroscopic studies on tungsten highly charged ions in the LHD2016

    • Author(s)
      D. Kato, H.A. Sakaue, I. Murakami
    • Organizer
      6th The Physics at Electron Beam Ion Traps and Advanced Research Light Sources (PEARL2016)
    • Place of Presentation
      Shanghai, China
    • Year and Date
      2016-06-11
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Tungsten ion distribution analysis based on visible M1 lines of highly charged tungsten ions in LHD2016

    • Author(s)
      D. Kato, H.A. Sakaue, I. Murakami, M. Goto, T. Oishi, S. Morita, K. Fujii, N. Nakamura, X.-B. Ding, C.-Z. Dong
    • Organizer
      9th A3 Foresight Program Workshop on Critical Physics Issues Specific to Steady State Sustainment of High- Performance Plasmas
    • Place of Presentation
      Yinchuan, China
    • Year and Date
      2016-05-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2016-04-21   Modified: 2019-07-17  

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