可視分光によるプラズマ中の水素負イオン及び正・負イオン相互中性化過程の測定

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10480107
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 門田 清 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60093019)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 浩一 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (50235248)
• Keywords: ヘリコン波放電 / 高密度水素プラズマ / 水素負イオン測定 / 相互中性化反応 / 飛行時間型質量分析 / レーザー脱離負イオン測定 / 水素プラズマのイオン組成 / ダイバータプラズマ

Research Abstract

本研究は、磁場閉じ込め核融合装置において、ダイバータ領域で重要な役割を演じる水素負イオンの新しい測定法を開発し、併せてイオン束の中性化によるダイバータ板への熱フラックスを軽減する方法の基礎データを提供する。プラズマ中のH^-(D^-)を測定する原理は、H^-(D^-)とH^+(D^+)イオンが相互中性化反応を起こすと励起状態の水素原子H^*(D^*)が生成され、そのH^*(D^*)からの可視域発光を測定することにより、H^-(D^-)密度を評価するものである。
本年度は、先ず既存のヘリコン波プラズマ発生装置を用いて高密度水素プラズマの生成に関する実験を行った。13.56MHzでのrfパワーと共にプラズマ密度が増加し、磁場配位の調製などによりガス圧力10-15mTorr、rfパワー2.4kWで1x10^<12>cm^<-3>の高密度プラズマを生成することができた。次に、飛行時間型質量分析器を用い、生成されたプラズマの正・負イオン種の測定を行った。Rfパワーが増すとD_3^+が減少してD_2^+及びD^+が増加し、プラズマ密度の増大と共にD^+の存在比が高くなることを確認できた。また、負イオンについては原子状イオンのみをアフターグローにおいて検出でき、レーザー光脱離法を用いて得られたアフターグローにおけるH^-イオン密度はプラズマ密度と共に増加することが分かった。相互中性化反応による可視域発光強度は正・負イオン密度の積に比例するため、プラズマ密度が高いほど実験が容易になり、反応速度係数を決定できる見通しが得られた。
可視分光系を用いて相互中性化反応による発光の絶対強度測定を行い、負イオン測定及びイオン束の中性化の評価において重要な相互中性化反応速度係数を決定することが来年度の課題となる。