2020 Fiscal Year Research-status Report
Exploration of emission lines from tungsten ions in extremely high ionization stages for a study on the impurity transport in ITER
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20K03896
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
大石 鉄太郎 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (80442523)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 不純物輸送 / タングステン / 極端紫外分光 / ITER / 多価イオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合プラズマの対向材として金属タングステンを用いる場合，プラズマ中にタングステン不純物イオンが蓄積することによる放射損失が問題となる．本研究では，ITERのプラズマ中心部など極めて電子温度の高いプラズマ中に分布すると考えられる高電離タングステンイオンの空間分布計測手法を確立する．実験は核融合科学研究所の大型ヘリカル装置LHDで行った．炭素樹脂内に微量のタングステン金属片を封入したペレット（タングステン原子10^17～10^19個に相当）を，中性粒子ビーム加熱により維持された高温（1～4 keV）・高密度（10^13～10^14 cm^-3）の水素プラズマに導入し，ペレット入射後に電子サイクロトロン共鳴加熱を重畳し高い電子温度を維持することにより，高電離タングステンイオンの十分な発光量を得た．フラットフィールド型分光器と背面照射型CCD検出器の組み合わせからなる極端紫外分光システムを用いて，7～50オングストロームの波長領域を計測し発光線を同定した．その結果，7.93オングストロームの波長にピークを持つタングステン46価イオンの発光線が観測された．電離平衡を仮定して価数存在比を計算したところ，発光強度の電子温度依存性を矛盾なく説明できた．これまでのタングステン不純物計測は，金属表面から放出される中性原子から電子温度3keV程度のプラズマ中に分布する45価イオンまでに限られていたため，観測可能な価数領域を高価数側に拡張する成果となった．
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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
高温プラズマへのタングステン不純物導入，極端紫外分光によるタングステンイオン発光の計測，計測に有用な高価数タングステン線スペクトルの発見と，研究の各段階において当初期待していたとおり成果が出ているため，おおむね順調に進展していると評価できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
プラズマの赤道面に対して垂直方向に空間分解能を持つ分光器を用いて、縦1m程度の大きさのプラズマの上側半分を空間分解計測する．プラズマへの粒子供給や加熱を制御して電子密度及び電子温度の空間分布を変化させ，これらの分布とタングステン不純物輸送の関係を探索する．特にタングステン不純物蓄積を抑制する運転シナリオ構築の観点からデータを整理する．
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| Causes of Carryover |
（理由）当初の予定よりも現有設備を有効活用できたため物品費支出が少なかったこと，及び海外渡航を伴う国際学会参加が不可能であったため旅費支出が無かったことにより，次年度使用額が生じた．
（使用計画）次年度には，初年度に同定されたスペクトルをより明るく観測するために光学系を最適化し，検出効率の向上を図る．極端紫外光用回折格子や較正用スペクトルランプなどの光学機器購入費，複数種の炭素樹脂を母材としたペレットの製作費，ガスケット他真空部品とケーブル，コネクタ他電子部品の購入費を物品費として計画している．研究成果は国際学会及び国内学会で発表し，論文化する．
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[Presentation] EUV and VUV Spectra of NeIII-NeX Line Emissions Observed in the Impurity Gas-puffing Experiments of the Large Helical Device2020
Author(s)
Tetsutarou OISHI, Shigeru MORITA, Masahiro KOBAYASHI, Kiyofumi MUKAI, Gakushi KAWAMURA, Suguru MASUZAKI, Yuki HAYASHI, Chihiro SUZUKI, Yasuko KAWAMOTO, Motoshi GOTO, the LHD Experiment Group
Organizer
The 29th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
Int'l Joint Research
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