2021 Fiscal Year Research-status Report
重水素プラズマにおける核反応を利用した高エネルギー粒子計測法の確立
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20K15208
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
川本 靖子 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (70824720)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | LHD / ドップラー広がり / 可視分光 / He / NBI |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合炉の運転を維持するためには、中性粒子ビーム入射(NBI)などの外部加熱や核反応によって生成される“高エネルギー粒子”による内部加熱が必要不可欠であり、その挙動を把握する必要がある。本研究では、重水素プラズマを対象として、“核反応を利用した高エネルギー粒子の計測手法”を新たに確立する。具体的には、重水素プラズマで発生する核反応生成物3HEから放出される発光スペクトルのドップラー拡がりを測定することで高エネルギー粒子の計測をする。核融合科学研究所の大型ヘリカル装置LHD(LARGE HELICAL DEVICE)重水素実験を利用して本手法の検証・開発を行う。高エネルギー粒子は、核融合プラズマのエネルギーバランスに大きな影響を及ぼすため、核融合炉の成立性に関わる重要な因子であり、その解析・実験的検証を行うことは、核融合炉の実現に対して大きな
貢献となる。また、分光計測を利用したプラズマ診断に新たな可能性を提示することができる。
これまでにLHD実験におけるHEビームのドップラーシフト計測実験の実行可能性及び研究に対するプラズマパラメータの影響を調査することを目的とした検討を計算で示しており、当該年度では代表者が所属する核融合科学研究所の大型ヘリカル装置LHDで22サイクル実験から実施されているHEビーム入射実験において本研究の模擬実験としてデータを収集した。入射したHEビームは核反応生成物である３HEよりエネルギーが小さいため、ドップラー拡がりは小さいが、荷電交換法を応用したFast-IonD-Alphaのシステムを用いた計測によってHeのビーム成分を観測することに成功した。これを基に、核反応によって得られるHEのドップラー成分を観測する可能性を模索する。
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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
これまでLHDにおいて観測がされていなかった高エネルギーHe粒子のドップラー拡がりが、Heビームを用いた模擬実験によって観測された。観測方法は、荷電交換法を利用したFist-Ion D-Alpha(FIDA)と同様の手法で、懸念されているHeの排気不足による非高エネルギー成分の信号を取り除ける可能性がある。このHeビーム入射実験で得られた結果を基に、本研究で着目している核反応による３Heのドップラー拡がり成分の観測に対する強度レベルを評価することが可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
Heビームのドップラー拡がりを観測した分光器を用いた核反応による3Heの観測を次のLHD実験で行い、発光信号を蓄積することでドップラー拡がり成分の強度レベルを増強させることで観測する予定である。
また、当該年度に観測したHeビーム入射実験結果を解析するために、特別な解析コードを開発する予定である。これにより、GNETによる高速ヘリウムイオンの閉じ込めを研究することが可能となる。
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| Causes of Carryover |
当初提案した際は、LHDにおいて重水素プラズマから発生するHeを想定した実験のための準備として、予算を計上していましたが、急遽、ＬＨＤでのHeビーム実験が予定されたことで、本手法の最終目標である“核反応を利用した高エネルギー粒子計測手法”を模擬した実験を行うことができると考え、Heビームを用いた高エネルギー粒子の観測実験を優先することに致しました。
このＨｅビームを用いた実験には既存の設備を使用することができ、この結果から当初予定していた実験の見通しを立てることができたため、より適した実験設備を今年度以降に計画することが可能となりました。
また、出張費に関しては、新型コロナによる制限から現地での発表が困難となった分は、今年度以降の実験設備に活用することで、さらなる進展を予定しています。
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[Journal Article] Effect of Nuclear Elastic Scattering on the D(d,n)3He Fusion Reactivity Induced by Energetic Protons Observed in the Large2021
Author(s)
Hideaki Matsuura, Kento Kimura, Daisuke Umezaki, Kunihiro Ogawa, Mitsutaka Isobe, Takeo Nishitani, Yasuko Kawamoto, Tetsutaro Oishi, Motoshi Goto, Masaki Osakabe, and Shota Sugiyama
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Journal Title
Nuclear Fusion
Volume: 61
Pages: 1-5
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Nuclear Elastic Scattering Effect by Energetic Protons on Deuteron Slowing-Down Behavior Observed in the Large Helical Device2021
Author(s)
Hideaki Matsuura, Kento Kimura, Kunihiro Ogawa, Mistutaka Isobe, Takeo Nishitani, Yasuko Kawamoto, Tetsutaro Oishi, Motoshi Goto, Naoki Tamura, Masaki Osakabe, Shota Sugiyama
Organizer
The 28th IAEA Fusion Energy Conference
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[Presentation] 核弾性散乱を介した高速イオン間のエネルギー輸送チャンネル～LHD実測データに基づく評価～2021
Author(s)
松浦秀明, 木村建斗, 梅崎大介, 伊藤忠恕, 福田理仁, 小川国大, 磯部光孝, 川本靖子, 大石鉄太郎, 後藤基志、田村直樹, 長壁正樹, 西谷健夫, 杉山翔太
Organizer
第38回プラズマ・核融合学会
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[Presentation] Indirect energy transport channel between fast ions due to nuclear elastic scattering observed in the Large Helical Device2021
Author(s)
Hideaki Matsuura, Kento Kimura, Daisuke Umezaki, Chujo Itoh, Takahito Fukuda, Kunihiro Ogawa, Mistutaka Isobeb, Yasuko Kawamoto, Tetsutaro Oishi, Motoshi Goto, Naoki Tamura, Masaki Osakabe, Takeo Nishitani, Shota Sugiyama
Organizer
The 30th International Toki Conference on Plasma and Fusion Research
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