2019 Fiscal Year Annual Research Report
Volumetric recombination in anisotropic non-equilibrium real plasma
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19H01869
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
岡本 敦 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50396793)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 宏幸 東北大学, 工学研究科, 助教 (30768982)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 境界層プラズマ / エネルギー分布計測 / 衝突輻射モデル / 体積再結合 / ダイバータプラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的である非等方プラズマの再結合過程を記述する衝突輻射モデル構築のために、プラズマ実験環境の構築を中心に以下の項目を実施した。
名古屋大学のNUMBER装置において真空容器を延伸し、一様な強磁場が印加される再結合試験領域を拡張した。併せて浮遊電位終端板を設置しプラズマの高密度化を目指した。これにより高密度放電モード持続時間の拡張に成功した。また延伸した真空容器に真空排気系統を増設するとともにガス供給系統に流量制御器を導入し、中性粒子密度分布のより柔軟な制御を可能にした。
回路シミュレーションを併用してコンデンサバンクの回路定数・時定数の変更を行い、また、バンク充放電回路の老朽化した部品の交換を行った。これらにより研究期間にわたって安定した強磁場印加が可能となった。
静電エネルギーアナライザーを用いてイオンエネルギー分布の計測を行い、イオン温度の加熱パワー及び動作ガス圧力依存性を得ることに成功した。またアナライザーの各グリッド電流の直接計測とPICシミュレーションとの比較により高密度プラズマ中でのアナライザーの挙動を解明した。
線スペクトル放射の受動分光計測について、発光強度からプラズマのパラメータを推定する逆問題におけるパラメータ数の増加が解析に与える影響を、空間分布を考慮することで調査した。ある程度は実験結果を再現できることが明らかとなった。
衝突輻射モデルの構築については、上準位のモデルを改善することで再結合プラズマへ適用を可能にした。また、イオン衝突の影響を調査するための系統的なパラメータ走査を実施し、本研究で対象とするプラズマでは、少なくとも熱平衡の場合にはイオン衝突の影響は無視でき得ることを明らかにした。
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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
詳細な実施項目ごとに進捗状況が異なり、当初の計画以上に進展している事項もやや遅れている事項もあるが、研究全体を総括すると概ね順調に進展しているといえる。
実験環境の整備では、真空容器の延伸と真空排気系統の増設が予定より順調に進行し、当初12月完成1月から実験の予定であったものを2.5か月前倒しして実験が開始できた。これにより終端板の効果により高密度プラズマの長時間維持が可能になることが今年度中に実証できた点は、当初の計画以上の進展である。エネルギーアナライザー内部の空間電荷効果を実験とシミュレーションで明らかにでき論文として出版できたことも当初の計画以上の進展である。
エネルギー分布の非等方性の計測に有効であるレーザートムソン散乱計測については本研究課題で計測システムを新たに立ち上げるものであり観測ポート等の設計も含めて着手した。十分な集光立体角を得られる見通しで合ったものの、各部品の規格と寸法をもとに詳細な検討を行ったところ通常の設計では十分ではないことが新たに明らかとなり、その対策の検討に時間を要したため当初の計画より少し遅れている。特殊な設計を採用することで当該の問題は解決されたと考えている。
その他、コンデンサバンクの整備、衝突輻射モデルの構築などは当初の計画にほぼ沿った進捗状況となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
大幅に研究計画を変更することはなく、順調に進展している研究項目は当初の計画通りに推進し、当初予期していないことが起こった研究項目はより慎重に推進していく。
再結合プラズマ生成のため高密度化を行っていくにあたり、プラズマ加熱用マイクロ波の入射モードを調整しパワー吸収の効率化を図る。モード変換器の設計と製作は完了しているが、変換器の耐熱性に懸念事項がある。現状では準定常で入射しているマイクロ波の入射時間を制御することが、安全で安定した実験に必要であると考えている。次年度はその点を考慮した実験を実施する。
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