| Project/Area Number |
21H04460
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
|---|
Principal Investigator |
村上 泉 核融合科学研究所, 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, 関西光量子科学研究所 量子応用光学研究部, 専門業務員 (10215709)
川手 朋子 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂フュージョン科学技術研究所 先進プラズマ研究部, 主幹研究員 (10647100)
鈴木 千尋 核融合科学研究所, 研究部, 助教 (30321615)
坂上 裕之 核融合科学研究所, 研究部, 助教 (40250112)
中村 信行 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 教授 (50361837)
藤井 恵介 京都大学, 工学研究科, 助教 (10637705)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2026-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
|
| Budget Amount *help |
¥42,640,000 (Direct Cost: ¥32,800,000、Indirect Cost: ¥9,840,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2022: ¥14,950,000 (Direct Cost: ¥11,500,000、Indirect Cost: ¥3,450,000)
Fiscal Year 2021: ¥19,370,000 (Direct Cost: ¥14,900,000、Indirect Cost: ¥4,470,000)
|
|---|
| Keywords | 準連続スペクトル / 多価イオン / プラズマ分光計測 / 統計理論 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
多電子原子の多数の発光線が密集することで形成される準連続スペクトル（Unresolved Transition Array, UTA）は極端紫外光源や核融合プラズマ・天体プラズマなどで広く見られるが、定量的診断法が存在しない。
本研究では、UTAスペクトルの高波長分解観測を初めて実現し、それを構成する線スペクトルの強度や波長の計測を様々な原子イオンUTAに対して系統的に行い、強度・波長が従う「分布」の元素・価数依存性を明らかにする。量子カオス理論や平均原子理論に基づくUTA 統計則の理論モデルも合わせて構築する。これらによりUTA の物理を開拓し、UTA スペクトルの定量的診断法を開発する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
（１）本研究により新規に開発・製作した分光器について、2023年度に行った極端紫外光研究施設UVSORにおける回折効率の測定実験で得られたデータに対し、詳細解析を行った。 分光器の設計とともに回折効率の実験結果および数値計算との比較結果に対し、査読論文としてReview of Scientific Instruments誌に投稿し、2025年3月に受理された。
（２）スズやタングステンの多価イオンからの極端紫外・可視域の高分散分光スペクトルの計測を目的とし、高強度レーザーによるアブレーションプラズマ装置およびその計測装置の整備を進めた。レーザー生成プラズマの基本パラメータである電子密度を明らかにするため、分散干渉計の開発を進め、タングステンプラズマにおいて初期的な信号が得られた。
（３）大型ヘリカル装置（LHD）で観測されたタングステン・希土類元素のUTAスペクトルに関して、原子モデルに基づくUTA形状の電子温度依存性の解析をさらに進展させた。本研究により開発・製作した分光器を核融合研のコンパクトEBIT装置（CoBIT）に設置し、計測テストを行った。
（４）第一原理計算を進め、タングステン１８価イオン、１９価イオンの原子構造、放射遷移確率などの原子データの計算を行い、衝突輻射モデルの構築を進めた。UTA構造の形成には、レベルポピュレーション形成において、重元素多価イオンに特有な統計的性質が鍵となる特徴について考察を進めている。
（５）EUV光源の研究の高度化のために、Sn多価イオンの衝突輻射モデルの研究を行った。これまでよりも高い価数(14価以上)のイオンや、多重、内殻状態からの放射を考慮するとともに、輻射輸送モデルを構築し、計算スペクトルが、波長5-20nmの領域で、レーザー照射ドロップレットターゲットから発生したプラズマのスペクトルと一致することを示した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（１）高分散分光器の素子の特性評価が完了し、実験データの取得に向けCoBITに設置し、調整を行った。
（２）高強度レーザーによるアブレーションプラズマ装置およびその計測装置の整備を進め、タングステンプラズマにおいて初期的な信号が得られた。
（３）令和６年度までのLHD実験で、多様なプラズマ条件におけるタングステンや希土類のEUVスペクトルが取得でき、スペクトルデータの蓄積が進んでいる。理論モデル、統計モデルとの比較のための準備が進んでいる。第一原理計算で構築した理論モデルとの比較検証も温度の低い領域へ進めている。Tokyo-EBIT, CoBITによる重元素スペクトルのデータ蓄積も進めている。これまで観測例のない波長領域でのスペクトルも観測した。
（４）第一原理計算とそれを用いた分光モデル構築もおおむね順調に進んでいる。UTAスペクトルの統計的性質の特徴の検討を進めている。
（５）物理及びデータ科学の研究が、概ね順調に進展している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
(１）高波長分解高分散分光器を用いてCoBITでスペクトル計測実験を実施、性能を確認後、電気通信大学のTokyo-EBITに移設して実験を行い、タングステン等重元素イオンの分光計測を実施し、UTAスペクトルの詳細構造を実験的に得る。これまでの実験結果と比較する。
（２）可視光分光器をレーザー生成プラズマ装置に設置し、可視域における重元素イオンのスペクトルの取得をおこなう。
（３）今期のLHD実験は令和７年９月末から１２月末まで実施予定で、その後シャットダウンが予定されているため、最後の実験データ取得を目指す。過去のデータと併せて整理する。Tokyo-EBIT装置で得られている２次光、３次光を用いた高分解能スペクトルの理論モデルとの比較とその論文化、本課題で製作した高波長分解高分散分光器によるスペクトルとの比較も実施する。
（４）第一原理計算に基づく理論モデルは、タングステンのさらに価数の低い領域へ拡大させ、実験データと比較を進める。特にプラズマの温度が低くなると2-7nm領域では発光がほとんど観測されないが、それが理論モデルで説明できるか検討を進める。UTAの統計モデルは特長を分析し、まとめる。
（５）Sn-希土類からWまでの多価イオンからの原子構造、発光スペクトルの物理的、統計的性質の解析結果に基づく衝突輻射モデルを構築する。特に新しいEUVリソグラフィの研究開発プロジェクトに対応し、広い温度、密度の範囲で有効なSnプラズマのオパシティーテーブルを生成し、輻射流体シミュレーションと組み合わせ、モデルの検証を行う。
|
