2020 Fiscal Year Research-status Report
水素分子の電子・振動・回転状態を区別した中性粒子輸送コードの構築とその検証
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18K03581
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
澤田 圭司 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (40262688)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 水素分子 / 振動状態 / 回転状態 / 衝突輻射モデル / 中性粒子輸送コード / 非接触プラズマ / 分子活性化再結合 / 高周波プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
下記の研究を進めた。
（１）水素分子の振動・回転状態を区別した計算コードの開発を進めた。大型ヘリカル装置 (LHD)および信州大学RF放電装置での分光計測時の実験条件を中性粒子輸送コードに与え、振動・回転状態を区別した分子密度分布を計算した。さらに水素分子衝突輻射モデルにより分子発光スペクトルを計算し、計測で得られたスペクトルと比較してモデルの検証を行った。LHDの計算では、分子発光線強度の大きさはおおむね再現されたが，相対強度(スペクトル形状)は十分には再現できなかった。計算では分光計測での視線の広がりが考慮されておらず、ダイバータ近傍の電子温度・密度が正確に反映されていない可能性がある。信州大学RF放電装置の計算では、容器壁面で反射された分子の振動状態を入射時と同じ振動状態とし、回転状態を壁面温度のボルツマン分布とした場合に実験の分子スペクトルが比較的よく再現された。
（２）重水素プラズマのコード整備を進めた。まず重水素分子の解離に伴い生成される励起原子を考慮した重水素原子衝突輻射モデルを構築し、さらに重水素分子による分子活性化再結合速度係数を計算して我々の電子・振動・回転状態を区別した重水素分子衝突輻射モデル組み込んだ。
（３）中性粒子輸送コードへの中性粒子同士の弾性散乱の組み込みを進めた。例えば水素分子を追跡する際、背景となる水素分子の密度分布や速度分布が必要になる。一定の粒子数を背景が一定とみなして追跡し、その集計結果から背景の情報を更新する収束計算の技術を確立した。
（４）分子との衝突(振動・回転励起など)によるプラズマ中の荷電粒子のエネルギー損失が計算できるように振動・回転状態を区別した水素分子衝突輻射モデルを整備した。さらにこれを１次元の中性粒子輸送コードに組み込み、ダイバータプラズマの電子温度・密度等を与えて荷電粒子のエネルギー損失を計算した。
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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
申請書では本研究で扱う内容として次の(a)、(b)を記した。(a）申請者が独自で開発している中性粒子輸送コードに上記の水素分子衝突輻射モデルを組み込み、振動・回転状態を区別してプラズマ中の水素分子密度の空間分布が計算できるようにし、さらに分子の振動・回転励起を引き起こすプラズマ中の粒子のエネルギー損失が計算できるようにする。また並行して、(b)申請者が有するRF放電装置のプラズマにコードを適用してその検証を行う。
上の研究実績の概要に記したように、(a)、(b)ともに申請書にそっておおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
重水素プラズマの解析のためのコード整備を重点的に進めていく予定である。研究実績の概要で記した重水素原子衝突輻射モデルおよび振動・回転状態を区別した重水素分子の衝突輻射モデルを用いて中性粒子輸送コードで必要となる各種反応の速度係数を計算し、重水素原子・分子中性粒子輸送コードの整備を進める。信州大学RF放電装置で重水素プラズマの分光計測を行い、中性粒子輸送コードで計算した分子スペクトルと比較しながらコード整備を進めていく。
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