2016 Fiscal Year Annual Research Report
Study on contrituion of dielectronic recombination proccess to emission structure of tungste ions in a plasma
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16H04623
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
村上 泉 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (30290919)
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| 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, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 主幹研究員(定常) (10215709)
坂上 裕之 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40250112)
仲野 友英 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, 上席研究員 (50354593)
中村 信行 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 准教授 (50361837)
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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 / プラズマ計測 / プラズマ原子分子過程 / 多価イオン / 分光計測 / 再結合過程 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラズマ中のタングステンイオンからの発光構造に二電子性再結合過程の効果を組み込むことを目的に、理論モデルの整備および小型ビームイオントラップCoBITでの分光実験の整備を行った。
理論モデルとしては、4f外殻電子の少ない27価タングステンイオンの発光構造への二電子性再結合過程の寄与を調べるため、微細構造レベルに対する詳細衝突輻射モデルを多数の二重励起状態を考慮して構築して発光構造の計算を行うと同時に、二電子性再結合速度係数を計算し、Safronovaら(2011)の計算値と比較した。低温領域を除き同様の温度依存性を得たが、我々のモデルは考慮した二重励起状態の数が多いため、2－10倍以上大きい結果を得た。再結合プラズマでは、電離進行プラズマと比較して弱くなる発光線があったが、二電子性再結合過程による6nm付近の発光構造への大きな寄与は見られなかった。この結果は学術雑誌に投稿した。このモデルを元に大規模化のためのレベルマッチングアルゴリズムの検討を進める。一方、二電子性再結合速度過程における四重極子などの禁制遷移の影響を詳細に調べた結果、分岐比に対する禁制遷移の影響は無視できるほど小さいことがわかった。
発光構造のベンチマーク実験および二電子性再結合過程を計測するために核融合研および電気通信大のCoBITの整備を行った。極端紫外領域の高分解能分光器を設置・調整し26-30価のタングステンイオンのスペクトルの計測を行った。一方、二電子性再結合過程を計測するために、トラップイオンを引き出して価数分析するための電磁石およびイオンを検出するための位置有感検出器を設置し動作確認を行った。また電子ビームエネルギーを高速操作し発光線強度の電子エネルギー依存性からに電子性再結合測定を行うシステムを構築した。これらの準備により平成29年度から本格的な実験が開始できるようになった。
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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
27価タングステンイオンの衝突輻射モデルに多数の二重励起状態を微細構造レベルで取り入れ、二電子性再結合過程を含む再結合過程を取り入れたモデルを構築し、発光線構造を計算することができた。しかしながら、HULLACコードを用いた理論計算において、分光スペクトルの発光線波長を最もよく再現する原子構造を得るための波動関数の最適化が思うように進まず、4-7nm領域でのn=4-4遷移に対して0.1nm程度の波長のずれが解消できなかった。そのため、当初予定した26-29価イオンの原子データの再構築が進まなかった。衝突輻射モデルの大規模化のための電子配位レベルとのマッチングアルゴリズム構築に関して、エネルギーレベルの逆転現象を取り扱う糸口を考察したが、現時点では解決していない。CoBITを用いた分光実験においては、整備は順調に進んだが、タングステンイオンの二電子性再結合の計測実験までは実施できなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
分光スペクトルの発光線波長を最もよく再現する原子構造を得るための波動関数の最適化は、引き続き調べていく。また、この研究課題での重要なポイントであるマッチングアルゴリズムの構築に関しては、微細構造レベルと電子配位レベルでのエネルギーレベルの逆転現象は避けがたく、根本的解決は困難であるため、簡素化した取り扱いでどの程度の不確定性が生じるかを定量的に評価し検証した上で、アルゴリズムの構築と適用を進めていく。エネルギーレベルの逆転現象のほか、まざまな要因を検討、考慮してケーススタディを行い、最適なアルゴリズム構築を目指す。
波動関数の最適化に関しては、地道なケーススタディを行い、最適解の発見に努める。
二電子性再結合速度係数の詳細な理論計算については、二重励起状態における光放射脱励起過程および再電離過程の複数回の過程が最終的な再結合速度係数へ影響を与えることが明らかになってきたため、これらの取り扱い方法をさらに詳細に検討を進める。
CoBITを用いた発光構造ベンチマーク計測とに電子性再結合計測に関しては、28年度において準備が進んだことにより、29年度以降本格的な計測が実施できると考えている。29年度は大型ヘリカル装置を使ったプラズマ実験が行われているので、プラズマ中のタングステンイオンからの発光構造をさまざまなプラズマ状態において取得しデータベース化を進める。将来的に構築した理論モデルを用いてプラズマからのタングステンイオン発光構造が説明できるように準備を進める。
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[Journal Article] Extreme ultraviolet spectroscopy and atomic models of highly charged heavy ions in the Large Helical Device2017
Author(s)
C. Suzuki, I. Murakami, F. Koike, N. Tamura, H. A. Sakaue, S. Morita, M. Goto, D. Kato, H. Ohashi, T. Higashiguchi, S. Sudo and G. O'Sullivan
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Journal Title
Plasma Physics and Controlled Fusion
Volume: 59
Pages: 014009-1-8
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] EUV spectroscopy and atomic models of highly charged heavy ions in the Large Helical Device2016
Author(s)
C. Suzuki, I. Murakami, F. Koike, N. Tamura, H. A. Sakaue, S. Morita, M. Goto, D. Kato, H. Ohashi, T. Higashiguchi, S. Sudo and G. O'Sullivan
Organizer
The 43rd European Physical Society Conference on Plasma Physics
Place of Presentation
Leuven, Belgium
Year and Date
2016-07-04 – 2016-07-08
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Tungsten ion distribution analysis based on visible M1 lines of highly charged tungsten ions in LHD2016
Author(s)
D. Kato, H.A. Sakaue, I. Murakami, M. Goto, T. Oishi, S. Morita, K. Fujii, N. Nakamura, X.-B. Ding, C.-Z. Dong
Organizer
9th A3 Foresight Program Workshop on Critical Physics Issues Specific to Steady State Sustainment of High- Performance Plasmas
Place of Presentation
Yinchuan, China
Year and Date
2016-05-17 – 2016-05-20
Int'l Joint Research
