2018 Fiscal Year Annual Research Report
強制非平衡イオン分光によるタングステン多価イオンの電離断面積測定
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18H01201
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
加藤 太治 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (60370136)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂上 裕之 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 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, 准教授 (50361837)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | タングステン多価イオン / 電子ビームイオントラップ / 電離断面積データ / EUV分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的である小型電子ビームイオントラップ（CoBIT）を用いた多価イオンの電子衝突電離断面積測定に向けて、今年度は、電離断面積データが豊富な鉄多価イオンについて原理実証のため実験を行った。電気通信大学のCoBITを用いて鉄14価イオンからの極端紫外（EUV）発光スペクトルを電子ビームエネルギーのパルス制御を行いながら測定し、その発光線強度のエネルギー依存性の観測に成功した。また、イメージインテンシファイア付sCMOSカメラを新規に導入し、可視域発光線のイメージングシステムの構築も進めた。核融合科学研究所の同型CoBITでは、タングステン多価イオンの生成・トラップとEUV発光分光の予備実験を進めた。その結果、世界で初めて、タングステン27価イオンからの電気八重極相互作用による自然発光が観測された。
本研究でタングステンイオン電離断面積の理論計算に用いる計算手法の妥当性評価を行ううえで基礎となる重要な知見を得るために、既存の実験値がある低価数イオンについて断面積の比較を行った。その結果、概ね実験をよく再現することが確かめられたが、断面積がピークをもつエネルギーで理論値が実験値を約40%上回ることが分かった。また、大容量メモリを搭載したハイパフォーマンスコンピュータを導入し、電離断面積の高精度理論計算と衝突・輻射モデルの大規模計算ができる環境を整えた。
以上の本課題の主たる基礎実験・理論研究を進めるとともに、核融合科学研究所の大型ヘリカル装置（LHD）でのタングステン多価イオン輸送研究に係わって、基底状態のタングステン多価イオンの磁気双極子遷移による近紫外～可視域の発光線の測定を行った。その結果、LHDで観測されていた未同定発光線の同定を暫定的だが行うことに成功した。これにより、今後のLHDでのタングステン計測がより広範囲の価数で可能となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
申請時の研究計画では、核融合科学研究所のCoBIT装置と電気通信大学のTokyo-EBIT装置に新規測定システムを構築する予定であったが、両者を行うためには交付された予算が不足したために方針を転換し、電気通信大学のCoBIT装置に既設のシステムを活用また増設して実験を行うこととした。一方、核融合科学研究所のCoBIT装置は、電離断面積測定を支援するために、タングステン多価イオンのEUV発光および可視発光分光実験を行い、電離断面積測定に有用な発光線の同定のために使用することとした。しかし、電気通信大学での耐震工事があり、実験準備が想定よりも遅れたため、本年度中に計画していた鉄多価イオンについての電離断面積測定実験までは実施できなかった。
なお、以上の方針転換により実験設備の経費を削減できたことで、本研究課題での理論計算の大規模化を図るため、核融合科学研究所に大容量メモリ搭載のハイパフォーマンス・コンピュータを新規に導入した。
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| Strategy for Future Research Activity |
電気通信大学のCoBIT装置に既設されている時間分解EUV分光システムを活用し、電離断面積が既知の鉄多価イオンについて本測定手法の原理実証実験を行う。また、それと相補的に、タングステン多価イオンの分光スペクトル測定を、核融合科学研究所の同型CoBITを用いて実施する。
これらの実験と並行して、時間発展型衝突・輻射モデルをもちいたEUVスペクトルの時間発展の理論予測計算を行うとともに、HULLACコード等を用いたタングステン多価イオンの電離断面積データの理論計算を網羅的に行う。その際、計算の大規模化に伴う計算時間の増加が問題となることが予想されるが、本年度新規導入した大容量メモリ搭載のハイパフォーマンス・コンピュータの活用、併せて新しい計算アルゴリズムの開発等により、計算効率の向上を図る。
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