Experimental verification of a new plasma transport process via Rydberg atomic state
| Project/Area Number |
22K18701
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
田中 宏彦 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (60609981)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | リュードベリ原子 / プラズマ輸送 / 再結合プラズマ / 電子ビーム / 電子－イオン－リュードベリ原子共存系 |
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| Outline of Research at the Start |
古典輸送、新古典輸送、乱流輸送などの磁場を横切る方向のプラズマ輸送過程は、一般に電子温度が高い環境で輸送係数が大きくなる。一方、核融合装置の炉壁前面に生成される低温高密度プラズマ中では、1 eV以下の低温で増幅するプラズマ輸送現象が観測される。本研究では、電子－イオン再結合過程により多量に生成される“高励起状態原子（リュードベリ原子）”に着目し、電子－イオン－リュードベリ原子の共存系における、全く新しいプラズマ輸送過程の解明を目指す。パルス状電子ビームと高時間分解能レーザートムソン散乱計測を用いて、輸送増大現象へのリュードベリ原子の寄与を実験的に検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合装置の炉壁前面に生成される低温高密度プラズマ中では、電子－イオン再結合過程により“高励起状態原子（リュードベリ原子）”が多量に生成される。この電子－イオン－リュードベリ原子の共存する環境下でのプラズマ輸送を、パルス状電子ビームと高時間分解能レーザートムソン散乱計測を用いて詳細に調査し、低温化されたプラズマ中で増幅するリュードベリ原子状態を介した全く新しいプラズマ輸送過程を明らかにすることが本研究の目的である。
２年目である2023年度は、直線型装置NAGDIS-IIに設置したタングステン電極を電子加熱し、定常生成された非接触ヘリウムプラズマにパルス状の電子ビームを入射し、フォトマルを用いて複数波長の高速発光計測を行った。低励起準位・高励起準位の励起原子密度に異なる特徴の電子ビーム応答が確認され、電子ビームによる基底中性原子の直接励起と、バルクプラズマパラメータの変化により、現象を説明できることがわかった。前者の直接励起効果を高電子温度成分による寄与で模擬した衝突輻射モデル計算を行い、実験で得られた応答と定性的に一致する結果が得られた。
加えて、円環状の六ホウ化ランタン（LaB6）電極を新たに作製し、NAGDIS-IIプラズマへの初期適用を行った。接触プラズマ中において、電子加熱手法によるパルス状電子ビームの生成を確認した。電子ビームエネルギーが高い場合、電離によるプラズマ生成が行われて電子密度の径方向分布に変化が確認されたため、今後のプラズマ分布計測では注意が必要である。非接触プラズマ中では、LaB6電極の体積が大きいために熱電子放出が発生する十分な試料温度に至らず、実験条件の最適化が必要となっている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
非接触プラズマ中へ電子ビームを入射したときのゼロ次元的な応答について、フォトマル計測と２電子温度成分に対応した衝突輻射モデル計算から理解が進展した。円環電極の製作を完了し、NAGDIS-IIへの初期適用から、パルス状電子ビームの放出を確認した。しかし、後者を非接触プラズマへ適用した際に十分な電子加熱が行えなかったことから、非接触プラズマへの円環電極適用時のフォトマル計測は実施できていない。
以上のことから、2023年度における総合評価を(2)とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
非接触プラズマへのLaB6円環電極適用について、実験条件を最適化し、非接触プラズマへの電子ビーム入射を実現する。条件付き平均解析と組み合わせた発光計測や高時間分解能レーザートムソン散乱計測を行い、電子ビーム入射前後におけるプラズマパラメータの径方向分布の時間発展を取得する。これにより、リュードベリ原子の選択的枯渇の有無の確認と径方向輸送の変化を調査する。
実験ならびに計算で得られた結果を国内・国際学会や学術論文により報告する。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
