Volumetric recombination in anisotropic non-equilibrium real plasma

• Project/Area Number: 19H01869
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14010:Fundamental plasma-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Okamoto Atsushi 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50396793)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 宏幸 東北大学, 工学研究科, 講師 (30768982)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000); Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: 体積再結合 / 非等方性 / 非平衡エネルギー分布 / 衝突輻射モデル / レーザートムソン散乱計測 / 電子サイクロトロン共鳴 / 境界層プラズマ / 再結合プラズマ / ダイバータプラズマ / 電子エネルギー分布 / 体積再結合過程 / 非等方エネルギー分布 / レーザートムソン散乱 / エネルギー分布計測

Outline of Research at the Start

プラズマを構成する電子は一つ一つは様々な運動エネルギーを持ってプラズマ中を飛び交っています。電子の全体としてのエネルギー分布が熱平衡の場合とそうでない場合とで、電子が衝突して生じるプラズマの発光や電離・再結合の過程がどのように変化するのかをエネルギー分布を計測する実験を通じて明らかにし、プラズマの発光からエネルギー分布を予測するモデルの構築を試みます。得られる成果は、より合理的で確実な核融合炉の設計のために活用されることが期待されます。

Outline of Final Research Achievements

Objective of the research is clarifying volumetric recombination processes in anisotropic non-equilibrium plasma. We successfully induced the volumetric recombination process in an electron cyclotron plasma. A calculation method for neutral particle pressure distribution was proposed. A laser Thomson scattering measurement system was developed. A collisional radiative model for anisotropic non-equilibrium plasma was developed.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電子サイクロトロン共鳴プラズマにおける体積再結合過程の誘起は、世界で初めての成功である。また、非等方なエネルギー分布を有するプラズマからの体積再結合という観点で、フュージョンエネルギー実現に向けた今後の研究展開における良好な実験結果・研究対象としての価値がある。本研究の過程で提案・開発した計算手法、計測システム、理論モデルもまた、フュージョンエネルギー実現に向けた今後の研究を加速させ得る成果である。同時に、広く非等方・非平衡なプラズマが関与する諸現象の研究にも展開しうる成果である。

Research Products

• [Journal Article] Power balance in the smallest tokamak (2022)
  • Author(s): Kimata Sora、Okamoto Atsushi、Fujita Takaaki、Arimoto Hideki、Yasuda Kouhei、Kado Keitaro、Tsunoda Keishi
  • Journal Title: AIP Advances Volume: 12 Issue: 4 Pages: 045204-045204
  • DOI: 10.1063/5.0085770
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] On electron temperature rise in divertor relevant recombining plasma along magnetic field line (2022)
  • Author(s): Takahashi H.、Winarto M. N.、Okamoto A.、Boonyarittipong P.、Seino T.、Kusabiraki K.、Sakata Y.、Yoshimura K.、Nishimura R.、Kitajima S.、Matsuyama A.、Tobita K.
  • Journal Title: Physics of Plasmas Volume: 29 Issue: 3 Pages: 032508-032508
  • DOI: 10.1063/5.0073896
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Radial Profile Estimation of Electron Density in a Linear Plasma Device NUMBER Using a Single Line-of-Sight Signal (2021)
  • Author(s): Minami SUGIMOTO, Atsushi OKAMOTO, Takaaki FUJITA, Hideki ARIMOTO, Shunya HIGUCHI and Konan YAGASAKI
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 16 Issue: 0 Pages: 2401042-2401042
  • DOI: 10.1585/pfr.16.2401042
  • NAID: 130008037245
  • ISSN: 1880-6821
  • Year and Date: 2021-04-21
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ion Collision Effect in Collisional Radiative Processes in Magnetized Plasma (2021)
  • Author(s): Atsushi Okamoto
  • Journal Title: AIP Conference Proceedings Volume: 2319 Pages: 030007-030007
  • DOI: 10.1063/5.0037007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development and Evaluation of Ion Energy Analyzer for Energetic Ion Measurement in a Linear Plasma Device NUMBER (2020)
  • Author(s): R. Ochiai, A. Okamoto, T. Fujita, H. Arimoto, H. Hachikubo, M. Sugimoto, K. Iizuka
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 15 Issue: 0 Pages: 2401040-2401040
  • DOI: 10.1585/pfr.15.2401040
  • NAID: 130007873325
  • ISSN: 1880-6821
  • Year and Date: 2020-07-02
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Magnetic Field Dependence of Transition to High Electron Density Phase in a Linear Plasma Device NUMBER (2020)
  • Author(s): Hiroki HACHIKUBO, Atsushi OKAMOTO, Takaaki FUJITA, Hideki ARIMOTO, Ryosuke OCHIAI, Minami SUGIMOTO and Kento IIZUKA
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 15 Issue: 0 Pages: 2401042-2401042
  • DOI: 10.1585/pfr.15.2401042
  • NAID: 130007873324
  • ISSN: 1880-6821
  • Year and Date: 2020-07-02
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ダイバータ排気経路に適用可能なガス圧力分布計算手法の開発 (2023)
  • Author(s): 岡本敦, 矢ケ崎誇楠, 杉本みなみ, 樋口舜也, 小池宗生, 佐藤剛貴, 山田悠斗, 藤田隆明
  • Organizer: 日本原子力学会2023年春の年会
• [Presentation] NUMBERの再結合プラズマ生成実験における高励起準位からの発光の観測 (2023)
  • Author(s): 矢ヶ崎誇楠, 岡本敦, 藤田隆明, 杉本みなみ, 樋口舜也, 小池宗生, 佐藤剛貴, 山田悠斗
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] 非等方電子エネルギー分布計測のためのレーザートムソン散乱法のNUMBERへの適用 (2023)
  • Author(s): 岡本敦, 樋口舜也, 杉本みなみ, 矢ヶ崎誇楠, 小池宗生, 佐藤剛貴, 山田悠斗, 藤田隆明
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] Power balance in TOKASTAR-2 small tokamak for feasibility study on light source application (2022)
  • Author(s): A. Okamoto, S. Kimata, K. Tsunoda, K. Kado, K. Yasuda, T. Fujita
  • Organizer: The 15th Asia-Pacific Physics Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Intermittent variation of electron temperature in converging field following a magnetic beach ECR plasma source (2022)
  • Author(s): A. Okamoto, S. Higuchi, Y. Yamada, K. Sato, M. Koike, K. Yagasaki, M. Sugimoto, T. Fujita
  • Organizer: 11th International Conference on Reactive Plasmas / APS 2022 Gaseous Electronics Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 原型炉ダイバータプラズマにおける荷電交換反応によるエネルギー輸送の影響評価 (2022)
  • Author(s): 岡本敦, 藤田隆明, 星野一生, 高橋宏幸
  • Organizer: 第14回核融合エネルギー連合講演会
• [Presentation] 直線型ECRプラズマ装置NUMBERにおけるレーザートムソン散乱計測システムの開発 (2022)
  • Author(s): 樋口舜也, 岡本敦, 藤田隆明, 杉本みなみ, 矢ケ崎誇楠, 小池宗生
  • Organizer: 第14回核融合エネルギー連合講演会
• [Presentation] 直線型ECRプラズマ装置NUMBERにおける入射マイクロ波の偏波制御によるプラズマの高密度化 (2022)
  • Author(s): 矢ヶ崎誇楠, 岡本敦, 藤田隆明, 杉本みなみ, 樋口舜也, 小池宗生, 佐藤剛貴, 山田悠斗
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] NUMBERにおける間歇的な浮遊電位低下の空間構造 (2022)
  • Author(s): 岡本敦, 山田悠斗, 杉本みなみ, 樋口舜也, 矢ヶ崎誇楠, 小池宗生, 佐藤剛貴, 藤田隆明
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] 小型トーラス装置におけるイオン流速計測のためのマルチチャンネルマッハプローブの開発 (2022)
  • Author(s): 小池宗生, 藤田隆明, 岡本敦, 杉本みなみ, 樋口舜也, 矢ヶ崎誇楠, 佐藤剛貴, 山田悠斗
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第39回年会
• [Presentation] 直線ECRプラズマ装置NUMBERにおける再結合プラズマ生成のための電子密度の増大 (2022)
  • Author(s): 矢ヶ崎誇楠, 岡本敦, 藤田隆明, 杉本みなみ, 樋口舜也, 小池宗生, 佐藤剛貴, 山田悠斗
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第39回年会
• [Presentation] NUMBER における電子温度非等方性計測のためのレーザートムソン散乱システムの構築 (2022)
  • Author(s): 樋口舜也, 岡本敦, 藤田隆明, 杉本みなみ, 矢ヶ崎誇楠, 小池宗生, 佐藤剛貴, 山田悠斗
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第39回年会
• [Presentation] ニューラルネットワークを用いたノイズの多い静電プローブ特性の解析 (2022)
  • Author(s): 杉本みなみ, 岡本敦, 藤田隆明, 樋口舜也, 矢ヶ崎誇楠, 小池宗生, 佐藤剛貴, 山田悠斗
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第39回年会
• [Presentation] Design and development of Laser Thomson Scattering system in the linear ECR plasma experimental device NUMBER (2022)
  • Author(s): Shunya Higuchi, Atsushi Okamoto, Takaaki Fujita, Minami Sugimoto, Konan Yagasaki, Muneo Koike, Koki Sato, Yuto Yamada
  • Organizer: The 31st International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Increasing the electron density for volumetric recombination in the linear ECR device NUMBER (2022)
  • Author(s): K. Yagasaki, A. Okamoto, T. Fujita, M. Sugimoto, S. Higuchi, M.Koike, K. Sato, Y. Yamada
  • Organizer: The 31st International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 衝突輻射モデルを用いた直線ECRプラズマ装置NUMBERにおけるHeイオン価数分布計測手法の検討 (2022)
  • Author(s): 佐藤 剛貴, 岡本 敦，藤田 隆明，杉本 みなみ，樋口 舜也，矢ヶ崎 誇楠，小池 宗生，山田 悠斗
  • Organizer: 日本原子力学会中部支部 第54 回研究発表会
• [Presentation] 電子サイクロトロン共鳴プラズマにおける間歇的な浮遊電位揺動発生時のイオン温度計測 (2022)
  • Author(s): 山田 悠斗, 岡本 敦, 藤田 隆明, 杉本 みなみ,樋口 舜也, 矢ヶ崎 誇楠, 小池 宗生, 佐藤 剛貴
  • Organizer: 日本原子力学会中部支部 第54 回研究発表会
• [Presentation] NUMBERにおける間歇的な浮遊電位低下の観測 (2022)
  • Author(s): 岡本敦, 馬洋一, 樋口舜也, 小池宗生, 杉本みなみ, 矢ケ崎誇楠, 藤田隆明
  • Organizer: 日本物理学会第77回年次大会(2022年)
• [Presentation] 中間流領域における中性粒子圧力分布計算手法の直線型プラズマ装置への適用 (2022)
  • Author(s): 矢ヶ崎 誇楠，岡本 敦，藤田 隆明，杉本 みなみ，樋口 舜也，小池 宗生，馬 洋一
  • Organizer: 日本原子力学会2022年春の年会
• [Presentation] Divertor relevant plasma physics in converging field in NUMBER (2021)
  • Author(s): Atsushi Okamoto, Shunya Higuchi, Muneo Koike, Yangyi Ma, Minami Sugimoto, Konan Yagasaki, Hiroyuki Takahashi, and Takaaki Fujita
  • Organizer: International Mini-Workshop on Open Magnetic Systems for Plasma Confinement
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Radial Profile Estimation of Electron Density and Temperature in a Linear Plasma Device NUMBER Using a Single Line-of-Sight He I Line Emission Intensity Ratio (2021)
  • Author(s): M. Sugimoto, A. Okamoto, T. Fujita, H. Arimoto, S. Higuchi, K. Yagasaki, M. Koike, and Y. Ma
  • Organizer: 5th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electron and ion stored energy in the smallest tokamak (2021)
  • Author(s): A. Okamoto, S. Kimata, T. Fujita, H. Arimoto, K. Yasuda, K. Kado, and K. Tsunoda
  • Organizer: 5th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of velocity distribution anisotropy in collisional radiative model (2021)
  • Author(s): A. Okamoto, S. Togo, and N. Ezumi
  • Organizer: The 30th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of Electron Temperature Rise in Divertor Relevant Recombining Plasma along Magnetic Field Line (2021)
  • Author(s): H. Takahashi, M. N. Winarto, P. Boonyarittipong, T. Seino, K. Kusabiraki, Y. Sakata, K. Yoshimura, R. Nishimura, A. Okamotoa, A. Matsuyamab, S. Kitajima, K. Tobita
  • Organizer: The 30th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 中間流領域における中性ガス圧力分布計算手法の開発 (2021)
  • Author(s): 矢ケ崎誇楠, 岡本敦, 藤田隆明, 有本英樹, 杉本みなみ, 樋口舜也, 小池宗生, 馬洋一
  • Organizer: 日本原子力学会2021年秋の大会
• [Presentation] 直線型ECRプラズマ装置NUMBERにおけるプラズマの高密度化 (2021)
  • Author(s): 矢ヶ崎誇楠, 岡本敦, 藤田隆明, 杉本みなみ, 樋口舜也, 小池宗生, 馬 洋一
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第38回年会
• [Presentation] 直線型ECRプラズマ装置NUMBERにおけるレーザートムソン散乱計測の受光系の開発 (2021)
  • Author(s): 樋口舜也, 岡本敦, 藤田隆明, 杉本みなみ, 矢ヶ崎誇楠, 小池宗生, 馬 洋一
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第38回年会
• [Presentation] 直線型磁化プラズマ装置NUMBERを用いた非等方・非平衡速度分布における原子分子過程の検証実験 (2021)
  • Author(s): 岡本敦, 杉本みなみ, 樋口舜也, 矢ヶ崎誇楠, 小池宗生, 馬 洋一, 有本英樹, 藤田隆明, 高橋宏幸
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第38回年会
• [Presentation] 非熱平衡状態のプラズマにおける条件付き平均法のための浮遊電位計測 」 (2021)
  • Author(s): 馬 洋一，岡本 敦，藤田 隆明，杉本 みなみ，樋口 舜也，矢ヶ崎 誇楠，小池 宗生
  • Organizer: 日本原子力学会中部支部 第 5 3 回研究発表会
• [Presentation] プラズマ流速の径方向分布計測に向けたマルチチャンネルマッハプローブの開発 (2021)
  • Author(s): 小池 宗生 ，岡本 敦，藤田 隆明，杉本 みなみ，樋口 舜也，矢ヶ崎 誇楠，馬 洋一
  • Organizer: 日本原子力学会中部支部 第 5 3 回研究発表会
• [Presentation] 直線型プラズマ実験装置NUMBERにおける視線積分されたHe原子線強度比を用いた電子密度・温度分布推定 (2021)
  • Author(s): 杉本みなみ, 岡本敦, 藤田隆明, 有本英樹, 樋口舜也, 矢ケ崎誇楠
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] 直線型プラズマ実験装置NUMBER試験領域における水素原子バルマー線強度計測 (2021)
  • Author(s): 岡本敦, 杉本みなみ, 樋口舜也, 矢ケ崎誇楠, 有本英樹, 藤田隆明, 高橋宏幸
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] Estimation of Radial Profile of Electron Density in a Linear Plasma Device NUMBER Using Single Line-of-sight Signal (2020)
  • Author(s): Minami SUGIMOTO, Atsushi OKAMOTO, Takaaki FUJITA, Hideki ARIMOTO, Shunya HIGUCHI, Konan YAGASAKI
  • Organizer: The 29th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 電子サイクロトロン共鳴プラズマ源での水素プラズマ生成とバルマー線強度診断 (2020)
  • Author(s): 岡本敦, 杉本みなみ, 樋口舜也, 矢ケ崎誇楠, 有本英樹, 藤田隆明, 高橋宏幸
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] 直線型プラズマ実験装置NUMBERにおけるエンドプレートを用いた電子密度分布制御 (2020)
  • Author(s): 杉本みなみ, 岡本敦, 藤田隆明, 有本英樹, 樋口舜也, 矢ケ崎誇楠
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] イオン衝突を含む水素原子衝突輻射モデルの開発 (2020)
  • Author(s): 岡本敦
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第37回年会
• [Presentation] 直線型プラズマ実験装置NUMBER における単一視線分光信号を用いた電子密度・温度分布推定 (2020)
  • Author(s): 杉本みなみ, 岡本敦, 藤田隆明, 有本英樹, 樋口舜也, 矢ヶ崎誇楠
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第37回年会
• [Presentation] 直線型プラズマ実験装置NUMBERにおける再結合プラズマ生成のための中性粒子圧力分布の制御 (2020)
  • Author(s): 矢ヶ崎誇楠, 岡本敦, 藤田隆明, 杉本みなみ, 樋口舜也
  • Organizer: 日本原子力学会中部支部 第52 回研究発表会
• [Presentation] 直線型プラズマ実験装置NUMBERにおける静電プローブを用いた電子エネルギー分布計測手法の検討 (2020)
  • Author(s): 樋口舜也, 岡本敦, 藤田隆明, 杉本みなみ, 矢ヶ崎誇楠
  • Organizer: 日本原子力学会中部支部 第52 回研究発表会
• [Presentation] 直線型プラズマ実験装置NUMBERにおける分割型エンドプレートを用いた径方向分布制御 (2020)
  • Author(s): 杉本みなみ, 岡本敦, 藤田隆明, 有本英樹, 落合亮輔, 鉢窪宏規, 飯塚健斗
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会(2020年)
• [Presentation] Ion Collision Effect in Collisional Radiative Processes in Magnetized Plasma (2019)
  • Author(s): A. Okamoto
  • Organizer: The 14th Asia-Pacific Physics Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Volumetric Recombination under Existence of Energetic Electron and Ion in DT-ALPHA (2019)
  • Author(s): A. Okamoto, H. Takahashi
  • Organizer: The 10th International Symposium of Advanced Energy Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetic field dependence of transition to high ion saturation current phase in a linear plasma device NUMBER (2019)
  • Author(s): Hiroki HACHIKUBO, Atsushi OKAMOTO, Takaaki FUJITA, Hideki ARIMOTO, Ryosuke OCHIAI, Minami SUGIMOTO, Kento IIZUKA
  • Organizer: The 28th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development and evaluation of ion energy analyzer for energetic ion measurement in a linear plasma device NUMBER (2019)
  • Author(s): R. OCHIAI, A. Okamoto, T. Fujita, H. Arimoto, H. Hachikubo, M. Sugimoto, K. Iizuka
  • Organizer: The 28th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 直線型プラズマ実験装置NUMBERにおける高イオン飽和電流モード形成の磁場依存性 (2019)
  • Author(s): 鉢窪宏規, 岡本敦, 藤田隆明, 有本英樹, 落合亮輔, 杉本みなみ, 飯塚健斗
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第36回年会
• [Presentation] 直線型プラズマ実験装置NUMBERにおけるイオンエネルギーアナライザの開発と高エネルギーイオンの測定 (2019)
  • Author(s): 落合亮輔, 岡本敦, 藤田隆明, 有本英樹, 鉢窪宏規, 杉本みなみ, 飯塚健斗
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第36回年会
• [Presentation] 単一視線の分光信号を用いた線スペクトル強度比法による円柱プラズマの径方向分布推定 (2019)
  • Author(s): 杉本みなみ, 岡本敦, 藤田隆明, 有本英樹, 落合亮輔, 鉢窪宏規, 飯塚健斗
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第36回年会
• [Presentation] 再結合プラズマの衝突輻射過程にイオン衝突が及ぼす影響 (2019)
  • Author(s): 岡本敦
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第36回年会
• [Presentation] 直線型プラズマ実験装置NUMBERにおける高エネルギーイオン計測のためのイオンエネルギーアナライザの開発 (2019)
  • Author(s): 落合亮輔, 岡本敦, 藤田隆明, 有本英樹, 鉢窪宏規, 杉本みなみ
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] 直線型プラズマ実験装置NUMBER における高イオン飽和電流モードへの遷移の磁場依存性 (2019)
  • Author(s): 鉢窪宏規, 岡本敦, 藤田隆明, 有本英樹, 落合亮輔, 杉本みなみ
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会