2022 Fiscal Year Annual Research Report
高密度プラズモイドの空間内部測定による固体水素溶発素過程の研究
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19K03803
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
本島 厳 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00509507)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 固体水素 / 溶発 / 高速分光 / ファイバアレイ / 高速度カメラ / シュタルク拡がり |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、固体水素ペレット（以下、ペレット）の溶発機構理解のため、高速度カメラや分光機器を用いた実験プラットフォームを構築し、ペレット溶発雲の周辺部に現れる揺動現象を発見したほか、ペレット溶発雲の電子密度測定が進展し、国際会議にて２件のプレナリー、招待講演を行うに至った。
成果の概要として、ここでは、Paαを用いたペレット溶発雲の電子密度測定について報告する。ペレット入射法の開発は将来の核融合プラズマへの燃料供給方法のひとつとして重要な課題であり、ペレット溶発過程解明は核融合プラズマの高密度化の物理過程の理解、燃料供給の最適化にとって重要である。ヘリオトロンJでは、本研究により、小サイズの固体水素ペレット入射が整備され、ペレット溶発雲の物理理解を目指したさまざまな分光計測が可能となった。
本研究では近赤外域のPaα (1875.13 nm)線を適用する原理検証を行った。シュタルク幅はおおよそ波長の2乗に比例するため、Paαは通常用いられる同じ上準位を持つ可視領域のHβ(486.13 nm)輝線に比べ、３倍程度広い。従って、要求される分光器の波長分解能を低くできる、あるいは測定密度下限を下げられる利点がある。本研究では、シュタルク広がりから電子密度を決定するため、溶発雲プラズマは低温・高密度の局所熱平衡状態で温度を1 eVと仮定し、電子密度10^17-10^23 m^-3の範囲でスペクトルプロファイルを計算し、シュタルク幅を求め、その対応関係の定式化を行った。実験には、512チャンネルInGaAs検出器、有効感度800 - 2150 nm、逆線分散96.6 nm/mm、スリット幅100 umの低分散簡易分光器で計測を行った。装置幅14.86 nmの10分の1程度をシュタルク広がりの分解能とみなすと測定密度下限が3×10^21 m^-3程度と評価できた。
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[Journal Article] Measurement of Paα line from pellet ablation cloud in Heliotron J2022
Author(s)
A Iwata, S Kado, M Murakumo, T Shikama, G Motojima, A Mori, C Feng, H Okada, T Minami, S Ohshima, S Kobayashi, A Ishizawa, Y Nakamura, S Konoshima, T Mizuuchi, K Nagasaki
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Journal Title
Review of Scientific Instruments
Volume: 93
Pages: 113537
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Three-dimensional dynamics of fluctuations appearing during pellet ablation process around a pellet in a fusion plasma experiment2022
Author(s)
S Ohshima, T Suzuki, R Matoike, G Motojima, S Kado, A Mori, A Miyashita, S Kobayashi, T Minami, A Iwata, D Qiu, C Wang, M Luo, P Zhang, Y Kondo, N Nishino, T Mizuuchi, H Okada, S Konoshima, S Inagaki, K Nagasaki
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 12
Pages: 14204
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] パッシェンα線のゼーマン効果を用いたへリオトロン J 中水素ペレット溶発雲の位置計測2023
Author(s)
村雲南斗, 四竈泰一, 門信一郎, 大島慎介, 鈴木琢土, 茶谷智樹, 森敦樹, 岩田晃拓, 本島厳, 南貴司, 小林進二, 石澤明宏, 中村祐司, 西野信博, 岡田浩之, 木島滋, 水内亨, 長﨑百伸, 蓮尾昌裕
Organizer
日本物理学会2023春季大会
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[Presentation] ヘリオトロンJにおけるパッシェン系列を用いた小型水素ペレット溶発プラズモイドの電子温度推定2023
Author(s)
岩田晃拓, 門信一郎, 本島厳, 四竈泰一, 村雲南斗, 森敦樹, 岡田浩之, 南貴司, 大島慎介, 稲垣滋, 金史良, 小林進二, 石澤明宏, 中村祐司, 木島滋, 水内亨, 長﨑百伸
Organizer
日本物理学会2023春季大会
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[Presentation] Spatio-temporal structure of pellet-plasmoid in high-temperature plasmas2022
Author(s)
G. Motojima, S. Kado, S. Ohshima, A. Mori, T. Suzuki, N. Panadero, K. J. McCarthy, M. Goto, R. Sakamoto, K. Nagasaki
Organizer
6th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics, 9-14 Oct, 2022, Remote e-conference
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Measurement of Paα Line from Pellet Ablation Cloud in Heliotron J2022
Author(s)
A. Iwata, S. Kado, M. Murakumo, T. Shikama, G. Motojima, A. Mori, C. Feng, H. Okada, T. Minami;, S. Ohshima, S. Kobayashi, A. Ishizawa, Y. Nakamura, S. Konoshima, T. Mizuuchi, K. Nagasaki
Organizer
High-Temperature Plasma Diagnostics (HTPD), New York, on May 15-19, 2022
Int'l Joint Research
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[Presentation] へリオトロンJ中水素ペレット溶発プラズマのパッシェンα線ゼーマン効果計測2022
Author(s)
村雲南斗, 四竈泰一, 茶谷智樹, 門信一郎, 大島慎介, 鈴木琢土, 森敦樹, 岩田晃拓, 本島厳, 南貴司, 小林進二, 石澤明宏, 中村祐司, 西野信博, 岡田浩之, 木島滋, 水内亨, 長﨑百伸, 蓮尾昌裕
Organizer
物理学会2022秋季大会
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[Presentation] 小型ペレット溶発雲におけるシュタルク広がり計測への装置関数の影響2022
Author(s)
岩田晃拓, 門信一郎, 本島厳, 四竈泰一, 村雲南斗, 森敦樹, 岡田浩之, 南貴司, 大島慎介, 稲垣滋, 小林進二, 石澤明宏, 中村祐司, 木島滋, 水内亨, 長﨑百伸
Organizer
日本物理学会2022秋季大会
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