2017 Fiscal Year Annual Research Report
Quantitative evaluation of ionization, recombination and cooling rate of tungsten for transport study and density analysis
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16H04088
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
森田 繁 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (80174423)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大石 鉄太郎 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (80442523)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | プラズマ核融合 / タングステン / プラズマ分光 / EUV分光 / 疑似連続光 / 放射損失 / 電離・再結合 / 原子物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年3ー6月の4か月の間，LHDでは重水素実験が行われた．制御機器について中性子やγ線の遮蔽対策施したが，EUV分光器やそれに付随しているCCD検出器については種々の技術的事情により遮蔽対策の実施が難しく，中性子照射による機器や電気回路の損傷を恐れていたが，4か月間の重水素実験を経てCCD検出器を含め機器動作に基本的な問題がないことが判明した．これは本研究を遂行していく上で，大きな朗報となった．地下へ移転した制御機器の一部PLCについては問題が数回発生したため，平成29年度に追加の遮蔽対策を実施した．また，不純物ペレット入射装置も重水素実験の間，順調に稼働し，成功裏にタングステンペレットが入射でき，予定していたタングステンスペクトルの観測を実施した．この結果，タングステンのUTAと呼ばれる疑似連続光の空間分布のみならず，低電離タングステンスペクトルや可視域禁制線（例えば磁気双極子禁制線）の観測に成功した．UTAスペクトルの詳細な分析の結果，数か所の波長位置でW24+（32.28-32.39Å），W25+（31.14-31.25Å），W26+（29.91-30.02Å）イオンの解析が可能であることが分かった．また，分光器の絶対感度較正，空間分布の磁気面座標への再構成，独自開発したCRモデルやADASコードによる放射強度計算を行い，上記タングステンイオン密度算出への見通しが確かなものとなった．
中国・ASIPPのタングステンダイバータ・EASTトカマクで，平成28年度に空間分布計測用EUV分光器の設置を完了した．平成29年度は，NBIによるHモード放電中にタングステンスペクトルとその空間分布データを首尾よく得ることに成功した．共同でデータ解析を行い，Hモード中に発生するタングステン不純物蓄積抑制へのLHW効果を確認した．
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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
平成29年3ー6月の4か月の間，LHDでは重水素実験が行われた．制御機器について中性子やγ線の遮蔽対策施したが，EUV分光器やそれに付随しているCCD検出器については種々の技術的事情により遮蔽対策の実施が難しく，中性子照射による機器や電気回路の損傷を恐れていたが，4か月間の重水素実験を経てCCD検出器を含め機器動作に基本的な問題がないことが判明した．これは本研究を遂行していく上で，大きな朗報となった．地下へ移転した制御機器の一部PLCについては問題が数回発生したため，平成29年度に追加の遮蔽対策を実施した．また，不純物ペレット入射装置も重水素実験の間，順調に稼働し，成功裏にタングステンペレットが入射でき，予定していたタングステンスペクトルの観測を実施した．この結果，タングステンのUTAと呼ばれる疑似連続光の空間分布のみならず，低電離タングステンスペクトルや可視域禁制線（例えば磁気双極子禁制線）の観測に成功した．UTAスペクトルの詳細な分析の結果，数か所の波長位置でW24+（32.28-32.39Å），W25+（31.14-31.25Å），W26+（29.91-30.02Å）イオンの解析が可能であることが分かった．また，分光器の絶対感度較正，空間分布の磁気面座標への再構成，独自開発したCRモデルやADASコードによる放射強度計算を行い，上記タングステンイオン密度算出への見通しが確かなものとなった．
中国・ASIPPのタングステンダイバータ・EASTトカマクで，平成28年度に空間分布計測用EUV分光器の設置を完了した．平成29年度は，NBIによるHモード放電中にタングステンスペクトルとその空間分布データを首尾よく得ることに成功した．共同でデータ解析を行い，Hモード中に発生するタングステン不純物蓄積抑制へのLHW効果を確認した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は主に重水素実験に向けて装置改良に力を注いだ．その結果，平成29年度には重水素放電で支障なくタングステンペレットを不純物ペレット入射装置で入射でき，タングステンスペクトルが首尾よく観測できた．10-500Å領域のタングステンスペクトルと20-50Å付近のUTAスペクトルを空間分布も含めて詳細に解析し，低価数スペクトル線と単一イオン価数で構成されるUTAスペクトル波長位置を発見した（結果を論文誌に公表）．CCD検出器の中性子影響についても研究を行った（結果はRSI誌に投稿中）．平成30年度は，UTAスペクトルからイオン密度を求めるための放射強度計算の精度を上げ，複数のコードで比較することにより，放射強度計算結果の誤差評価を行う．その後イオン密度評価を行い，ここで開発した手法がITERの周辺プラズマでのタングステン診断に応用できることを実証する．また，10-500Åに位置する全てのタングステンスペクトル強度を積分し，ペレットで入射したタングステン個数と電子温度・密度からタングステンの放射冷却係数を評価する．平成31年以降には，LHDで取得したデータを基に，タングステンの電離・再結合係数を再評価しつつ，不純物輸送研究に応用する．
中国・合肥・ASIPPのEASTトカマクでは，空間分布計測を本格化させ，LHD実験で得られた上記の結果や知見を基に，Hモード放電等において，タングステンイオン密度評価や放射冷却係数からの放射損失評価を実施する．EASTでは平成31年度に下側ダイバータにもタングステンが装着される予定になっており，完全金属装置でのタングステン輸送研究を本格化させる．また，成都・SWIPのHL-2Aトカマクでの低電離タングステン（特にW6+）の定量評価も進め，LHD実験での成果と併せ，ITER実験への貢献を目指す．
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[Journal Article] Investigation of impurity confinement in lower hybrid wave heated plasma on EAST tokamak2018
Author(s)
Z. Xu, Z.W. Wu, L. Zhang, W. Gao, Y. Ye, K.Y. Chen, Y. Yuan, W. Zhang, X.D. Yang, Y.J. Chen, P.F. Zhang, J. Huang, C.R. Wu , S. Morita, T. Oishi, J.Z. Zhang, Y.M. Duan, Q. Zang, S.Y. Ding , H.Q. Liu, J.L. Chen, L.Q. Hu, G.S. Xu, H.Y. Guo
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 58
Pages: 016001-1-10
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Study of impurity transport in HL-2A ECRH L-mode plasmas with radially different ECRH power depositions2018
Author(s)
Z.Y. Cui, K. Zhang, S. Morita, X.Q. Ji, X.T. Ding, Y. Xu, P. Sun, J.M. Gao, C.F. Dong, D.L. Zheng, Y.G. Li, M. Jiang, D. Li, W.L. Zhong, Yi Liu, Y. B. Dong, S.D. Song, L.M. Yu, Z.B. Shi, B.Z Fu, P. Lu, M. Huang, B.S. Yuan, Q.W. Yang, X.R. Duan
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 58
Pages: 印刷中
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Suppression of tungsten accumulation during ELMy H-mode by lower hybrid wave heating in the EAST tokamak2017
Author(s)
L. Zhang, S. Morita, Z. Xu, P. F. Zhang, T. Ohishi, W. Gao, J. Huang, X. D. Yang, Y. J. Chen, Z. W. Wu, F. Ding, Y. M. Duan, H. L. Zhao, Q. Zang. H. Q. Liu, P. Xu, X. Z. Gong, J. L. Chen and L. Q. Hu
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Journal Title
Nuclear Materials and Energy
Volume: 12
Pages: 774-778
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Vertical profiles and two-dimensional distributions of carbon line emissions from C2+-C5+ ions in attached and RMP-assisted detached plasmas of large helical device2017
Author(s)
Hongming Zhang, Shigeru Morita, Shuyu Dai, Tetsutarou Oishi, Motoshi Goto, Xianli Huang, Gakushi Kawamura, Masahiro Kobayashi, Yang Liu, Izumi Murakami, Yoshiro Narushima
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Journal Title
Physics of Plasmas
Volume: 24
Pages: 022510-1-18
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Fusion research and international collaboration in Asian region2017
Author(s)
S.Morita, L.Q.Hu, Y.K.Oh, M.Xu, D.Raju, Y.Kamada, N.Ashikawa, M.Isobe, D.Kato, Y.Kishimoto, S.Ohdachi, S.Sakakibara, Y.Todo
Organizer
The 11th Asia Plasma and Fusion Association Conference & The 26th International Toki Conference
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Tungsten control in long pulse H-mode discharge on EAST2017
Author(s)
L. Zhang, J. Huang, S. Morita, X.Z. Gong, J.P. Qian, Z. Xu, C.R. Wu, X.D. Yang, Y.M. Duan, F. Ding, Z. Sun, Y.W. Sun, X.J. Wang, Z.W. Wu, J.L. Chen, L.Q. Hu, X.D. Zhang
Organizer
59th American Physical Society Division of Plasma Physics Conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] Experimental approaches to control the tungsten accumulation in long-pulse H-mode discharges in the EAST tokamak2017
Author(s)
L. Zhang, S. Morita, X.Z. Gong, Z. Xu, X.D. Yang, Y.W. Sun, Y.M. Duan, Z. Sun, J. Huang, L. Wang, F. Ding, Q. Zang, H.Q. Liu, Y. Liu, G.S. Xu, Z.W. Wu, J.L. Chen, L.Q. Hu, Y.F. Liang, X.D. Zhang
Organizer
The 11th Asia Plasma and Fusion Association Conference & The 26th International Toki Conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] Determination of tungsten ion density in LHD using unresolved transition array at 27-34 Å2017
Author(s)
Y. Liu, S.,Morita, T.,Oishi, I.,Murakami, M.,Goto, X.L.,Huang, H.M.,Zhang
Organizer
11th A3 Foresight Program Seminar
Int'l Joint Research
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[Presentation] Study of impurity transport in the HL-2A ECRH L-mode plasmas with radically different ECRH power depositions2017
Author(s)
Z.Y. Cui, K. Zhang, S. Morita, X.Q. Ji, Y. Xu, X.T. Ding, P. Sun, J.M. Gao, C.F. Dong, D.L. Zheng, Y.G. Li, M. Jiang, D. Li, S.D. Song, L.M. Yu, W.L. Zhong, Z.B. Shi, B.Z. Fu, P. Lu, M. Huang, B.S. Yuan, Yi Liu, Q.W. Yang
Organizer
11th A3 Foresight Program Seminar
Int'l Joint Research
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[Presentation] Tungsten control in long-pulse H-mode discharges in EAST tokamak2017
Author(s)
L. Zhang, S. Morita, Z. Xu, X.D. Yang, X.Z. Gong, Y.M. Duan, Y. Yuan, Z. Sun, F. Ding, J. Huang, Y.W. Sun, T.Ohishi, Z.W. Wu, L.Q. Hu, G.S. Xu, X.D. Zhang
Organizer
12th A3 Foresight Program Seminar
Int'l Joint Research
