2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of a high-precision modulation-based plasma polarization spectroscopic system for the measurement of the electron velocity distribution
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18K03576
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
四竈 泰一 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80456152)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | プラズマ分光 / プラズマ計測 / 偏光 / ECH / ヘリウム原子 / 衝突輻射モデル / 変調分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
等方なマクスウェル分布からずれた非等方な電子の速度分布が関連するプラズマ現象が，近年，宇宙プラズマから産業応用プラズマまで数多く報告されている．これらの報告は，3次元の電子速度分布を基礎パラメータとして把握することが，プラズマ科学を発展させる鍵となることを示している．
電子速度分布の計測法は，従来，静電プローブ，アクチノメトリー，トムソン散乱，ホイッスラー波の吸収，制動X線や電子サイクロトロン放射等が開発されてきた．しかし，これらの方法では，速度分布の非等方性の情報まで得ることは容易ではなく，また，接触計測の必要性やプラズマへの擾乱，レーザーや波動の入射・出射ポートの確保，計測可能なエネルギーや密度の制限，といった課題がある．そこで本研究では，原子から放射される発光線の偏光を利用し，宇宙から実験室までの幅広いパラメータのプラズマに適用可能な手法を開発することを目的とする．
初年度のH30年度は，可視から紫外域の原子発光線の偏光を高精度で計測するための計測器開発を行った．光弾性変調器を用いた100 kHz程度の時間変調方式（ロックイン検波）を採用し，実験機器とプラズマに由来するノイズを低減することによって，1%以下の偏光度を検出できることを確認した．さらに，開発した計測器を用いて小型ヘリウムECRプラズマ中の原子発光線を計測し，ECR面付近に磁場に垂直な直線偏光が存在すること，偏光度がガス圧力とともに単調減少すること，電子衝突偏光の感受性が異なる2本の発光線について偏光度の大小関係が理論予測と整合すること，を明らかにした．これらの事実から，電子速度分布の非等方性に由来する原子発光線の偏光を検出できたと考えられる．
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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
研究計画に沿って，①高精度なプラズマ偏光分光技術の確立（計測器開発），および，②電子速度分布計測の実証の一部を実施した．②では，ヘリウムECRプラズマ中で原子21P-31D（波長668 nm）および23P-33D（波長588 nm）の2本の発光線の偏光度を空間分解計測し，「研究実績の概要」内に記載した事項を明らかにした．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の実験結果から，研究に使用しているヘリウムECRプラズマ中の原子発光線の偏光度は，視線積分値で最大3-4%程度であることが分かった．視線対面には反射低減のためのビューイングダンプを設置しているが，わずかな反射光によって1%弱の機器偏光が生じている可能性が考えられる．機器偏光の影響を低減した系統誤差が小さい実験結果を得るために，偏光度ができるだけ大きくなる放電条件を探すことを計画している．具体的には，制御可能な放電条件のうち，ガス圧力と放電電力については確認済みのため，磁場配位の最適化により偏光度を向上できないか検討する．
放電条件を最適化した後に，当初の研究計画に沿って複数のヘリウム原子発光線の偏光度を計測し，ヘリウム原子の磁気副準位まで分離した衝突輻射モデル計算を行って3次元の電子速度分布形状を推定する．また，ヘリウム原子以外のイオン・原子・分子発光線についても偏光計測を行い，本手法を適用可能な原子種と発光線を探索する．
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| Causes of Carryover |
金額に端数が生じたため．少額のため翌年度の使用計画への影響は無い．
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Research Products
(20 results)
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[Presentation] Measurement of the ion species dependence of the intrinsic edge rotation in spherical tokamak QUEST2018
Author(s)
T. Shikama, K. Hanada, K. Nii, A. Fujikawa, H. Zushi, T. Onchi, M. Hasegawa, N. Yoneda, S. Mori, M. Hasuo, H. Idei, K. Nakamura, Y. Nagashima, K. Kuroda, A. Higashijima, and T. Nagata
Organizer
23rd Plasma Surface Interaction in Conotrolled Fusion Devices
Int'l Joint Research
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