2020 Fiscal Year Research-status Report
Understanding and control of plasma detachment caused by composite gas seeding
| Project/Area Number |
19K03790
|
|---|
| Research Institution | University of Tsukuba |
|---|
Principal Investigator |
江角 直道 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (20321432)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 非接触プラズマ / プラズマ-ガス相互作用 / ダイバータ / 原子分子過程 / 分子活性化再結合 / 窒素 / 水素 / ターゲット形状 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
ダイバータ板へ集中するプラズマの熱負荷低減において、これまでに水素と窒素の重畳入射時には窒素分子が介在する分子活性化再結合 N-MAR を介して、粒子束の大幅な低減が生じることが明らかになった。本年度は、タンデムミラー装置GAMMA10/PDXの開放端部に設置したダイバータ模擬実験モジュール(D-module)において水素と窒素の重畳入射時に窒素ガス入射量を変化させ、水素と窒素の比率が非接触プラズマ形成に及ぼす影響を調べた。本実験の範囲では、窒素比が高くなるほど電子密度とイオン粒子束の低下が観測された。水素バルマー線 (Hα、Hβ) 強度比の変化から、窒素の混合により、解離性付着反応に起因する水素分子活性化再結合H-MARが抑制されることが示唆された。今後、実験による反応粒子種の同定や反応過程の衝突輻射モデルによる解析を進める。
また、現在検討が進む原型炉では、非接触プラズマ制御方法の高度化とともに、様々な磁場配位・幾何学的配位の検討が必要である。D-module内の角度可変のV字ターゲット板を活用して、非接触プラズマ形成の角度依存性を調べた。ターゲット板の角度を変え、V字ターゲットコーナー付近から水素ガスパフを行ったところ、角度が狭いほどプラズマの変化のタイミングに遅延が観測された。モンテカルロシミュレーションによる中性粒子空間分布の計算から、ターゲット領域に中性粒子が滞留しやすくなる結果を得ていることから、上述の結果は、小角度の場合は中性粒子の上流への輸送が抑制され、上流での放射損失、電離によるエネルギー損失が生じにくくなることを示唆しているものと考えられる。同時に、H-MARの指標にもなる水素バルマー線強度比も変化しており、ターゲット板角度が中性粒子輸送だけでなく、粒子損失過程にも影響しているものと考えられ、今後、実験、理論両面から詳細に明らかにする必要がある。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画していた実験をほぼ予定通り実施することができた。昨年度不具合のあった放射パワー計測は、構成部品の一部を改良し、初期的な観測結果が得られ、次年度に向けた感度向上の準備を進めた。DIII-Dトカマク装置の研究者、ならびにN-MARに関する原子分子過程の計算コードを開発した研究者とも議論を重ね、国際共著論文の執筆、国際会議発表を行うことができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
水素バルマー線 (Hα、Hβ) 強度比の変化がプラズマ中での反応過程と大きく関連することから、高速度カメラを用いた計測精度の向上を図り、ガス種の違いやターゲット角度による水素バルマー線強度比の空間分布の変化から現象の解明につなげることを計画している。衝突輻射モデルによる解析を行い、この強度比の変化の要因を原子分子反応過程の観点からの解明を進める。また、窒素とならんで重要な不純物ガスであるネオンガスを用いた実験を行い、窒素とネオンの非接触プラズマ形成への効果の違いを明らかにする。ターゲット形状の効果については、DIII-Dトカマク装置における小角度スロットダイバータの実験との比較を効率よく行い、より緊密な共同研究体制の構築のため、日米科学技術協力事業の枠組みも活用すべく、次年度の同事業への申請を行なった。
|
| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響で旅費を使用しなかったため次年度使用額が生じた。翌年度も旅費の執行が難しい場合は、実験を効果的に進めるため旅費以外の経費に使用する。
|
-
-
-
[Presentation] Role of Molecular Processes and Target Configuration on Plasma Detachment in GAMMA 10/PDX2021
Author(s)
N. Ezumi, H. Gamo, T. Sugiyama, K. Nojiri, A. Kondo, M. Hirata, J. Kohagura, M. Yoshikawa, Y. Nakashima, M. Sakamoto, R. Perillo, H.Y. Guo, T. Kuwabara, H. Tanaka, N. Ohno, K. Sawada, S. Kado, A. Tonegawa, S. Masuzaki
Organizer
24th International Conference on Plasma Surface Interaction in Fusion Devices (PSI-24)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Recent research progress on plasma detachment in divertor simulation experiment in GAMMA 10/PDX: Role of molecular processes and target configuration2020
Author(s)
N. Ezumi, H. Gamo, T. Sugiyama, K. Nojiri, A. Kondo, M. Hirata, J. Kohagura, M. Yoshikawa, Y. Nakashima, M. Sakamoto, R. Perillo, H.Y. Guo, T. Kuwabara, H. Tanaka, N. Ohno, K. Sawada, S. Kado, A. Tonegawa, S. Masuzaki
Organizer
4th Asia Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS-DPP2020)
Int'l Joint Research / Invited
-
[Presentation] Effects of V-shaped target angle on plasma behavior in the GAMMA 10/PDX divertor simulation experimental module2020
Author(s)
Tsukasa SUGIYAMA, Naomichi EZUMI, Hiroki GAMO1, Kunpei NOJIRI, Ayane KONDO, Mafumi HIRATA, Masayuki YOSHIKAWA, Dogyun HWANGBO, Houyang GUO, Junko KOHAGURA, Yousuke NAKASHIMA, Mizuki SAKAMOTO, Tatsuya KUWABARA, Hirohiko TANAKA, Noriyasu OHNO, Keiji SAWADA, Akira TONEGAWA, Suguru MASUZAKI, Gakushi KAWAMURA
Organizer
The 29th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research (ITC29)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Influence of nitrogen ratio during combined seeding with hydrogen on plasma detachment in the divertor simulation experimental module of GAMMA 10/PDX2020
Author(s)
Hiroki GAMO, Naomichi EZUMI, Tsukasa SUGIYAMA, Kunpei NOJIRI, Ayane KONDO, Mafumi HIRATA, Junko KOHAGURA, Masayuki YOSHIKAWA, Yousuke NAKASHIMA, Dogyun HWANGBO, Mizuki SAKAMOTO, Renato PERILLO, Tatsuya KUWABARA, Hirohiko TANAKA, Noriyasu OHNO, Keiji SAWADA, Akira TONEGAWA, Suguru MASUZAKI
Organizer
The 29th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research (ITC29)
Int'l Joint Research
-
-
-
