プラズマ計測のための飛翔型プローブの開発

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24656559
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 花田 和明 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (30222219)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 高温プラズマ計測 / 飛翔型プローブ / 高速電子

Outline of Annual Research Achievements

平成２６年度は、これまでの研究の総括を行った。
飛翔型プローブの特長であるプラズマへの影響をできるだけ低減しつつ局所的なプラズマパラメータを計測するという観点では、電気的信号を記録するために必要な最小限の大きさと想定される直径10mmの金属球はQUESTの高周波加熱プラズマのプラズマ電流を半減させる等の大きな影響があることが分かった。このため電気的信号ではなく金属球の運動の様子からプラズマパラメータを計測した。プラズマ中での金属球の時々刻々の位置を高速カメラで観測し、その加速度から受けている力を算出した。またこの力を生み出す原因として電磁力、金属球の融解による粒子放出の反作用、イオン流の運動量注入等について検討し、融解による粒子放出の反作用が金属球の運動を記述するうえでの主要な力の原因であることが分かった。この結果から10mmよりも小さな金属球では熱容量の観点からより大きな加速度を受けることにより金属球の回収が困難なことがが予想され、大きな金属球ではプラズマへの影響が大きくなりすぎることが予想されるため、10mm前後が最適であることが分かった。10mmのステンレス球を用いた実験の結果では、これまで局所的な計測が困難であった高速電子の速度と密度の積を計測することができた。この高速カメラの計測と赤外線カメラによる表面温度の計測を組み合わせてより多くの情報を得ることでさらに精度の高い評価が可能になる。
本研究で、金属球をプラズマ内に入射し、その軌道から加速度を導出することで高速電子の速度と密度の積が評価できることが示された。これは高速電子の担う電流密度分布を評価するうえで重要な情報となる。金属球のサイズ・材質はプラズマパラメータに応じて決定する必要があることが分かった。

Research Products

• [Journal Article] Particle balance in long duration RF driven plasmas on QUEST (2015)
  • Author(s): K. Hanada, H. Zushi, N. Yoshida, M. Hasegawa, K. Mishra, Kuzumin, K. Nakamura, A. Fujisawa, H. Idei, Y. Nagashima, O. Watanabe, T. Onchi, H. Watanabe, K. Tokunaga, A. Higashijima, S.Kawasaki, H.Nakashima, Y.Takase, A.Fukuyama, O.Mitarai, T.Maekawa and M. Peng
  • Journal Title: Journal of Nuclear Materials
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2015.01.013
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Investigation of progression from low to high hydrogen recycling during long duration discharges on a spherical tokamak, QUEST (2014)
  • Author(s): K. Hanada, N. Yoshida, H. Zushi, K. Nakamura, A. Fujisawa, H. Idei, Y. Nagashima, H. Watanabe, M. Hasegawa, S. Kawasaki, H. Nakashima, A. Higashijima, O. Watanabe, Y. Takase, A. Fukuyama, O. Mitarai, M. Peng and the QUEST team
  • Journal Title: Proc.25th Fusion Energy Conference (FEC 2014), 2014.10.13-18, St. Petersburg Russian Federation Volume: EX Pages: P1-37
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Investigation of Non-inductive Plasma Current Start-up by RF on QUEST (2014)
  • Author(s): Ishiguro, M.; Hanada, K.; Liu, H.; Ogata, R.; Isobe, M.; Tashima, S.; Zushi, H.; Sato, K.; Fujisawa, A.; Nakamura, K.; Idei, H.; Sakamoto, M.; Hasegawa, M.; Takase, Y.; Maekawa, T.; Kishimoto, Y.; Mitarai, O.; Kawasaki, S.; Nakashima, H.; Higashijima, A.
  • Journal Title: Journal of Physics: Volume: Conference Series 511 Pages: 012041
  • DOI: 10.1088/1742-6596/511/1/012041
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] QUESTにおける壁の色測定による膜厚評価 (2014)
  • Author(s): 下地 貴大
  • Organizer: プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部第18回支部大会
  • Place of Presentation: 九州大学筑紫地区総合研究棟（C-Cube）
  • Year and Date: 2014-12-20 – 2014-12-21
• [Presentation] Plasma wall interaction in long duration plasmas on ST (2014)
  • Author(s): Kazuaki Hanada
  • Organizer: PLASMA2014
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ(新潟市）
  • Year and Date: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [Presentation] Investigation of Progression from Low to High Hydrogen Recycling during Long Duration Discharges on a Spherical Tokamak, QUEST (2014)
  • Author(s): K. Hanada, N. Yoshida, H. Zushi, K. Nakamura, A. Fujisawa, H. Idei, Y. Nagashima, H. Watanabe, M. Hasegawa, S. Kawasaki, H. Nakashima, A. Higashijima, O. Watanabe, Y. Takase, A. Fukuyama, O. Mitarai, M.Peng and the QUEST team
  • Organizer: 25th Fusion Energy Conference (FEC 2014)
  • Place of Presentation: Saint Petersburg, Russia
  • Year and Date: 2014-10-13 – 2014-10-18
• [Presentation] Heat Load Measurement with a Movable Limiter in Non-Inductive Current Driven Plasma Maintaining with a Microwave of 8.2GHz on QUEST (2014)
  • Author(s): N. Hamada, K. Hanada, H. Zushi, K. Nakamura, H. Idei, M. Hasegawa, A. Fujisawa, Y. Nagashima
  • Organizer: 17th International Congress on Plasma Physics (ICPP) 2014
  • Place of Presentation: Lisbon, Portugal
  • Year and Date: 2014-09-15 – 2014-09-19
• [Presentation] Heat load measurements with water cooled movable limiters in long duration plasmas on QUEST (2014)
  • Author(s): N. Hamada, K. Hanada, H. Zushi, K. Nakamura , H. Idei, M. Hasegawa, A. Fujisawa, Y. Nagashima, S. Kawasaki, H. Nakashima, A. Higashijima, Y. Oyama, S. Nishiyama
  • Organizer: A3 Foresight Summer School and Workshop on Spherical Torus (ST) 2014
  • Place of Presentation: Kensington Resort, Jeju, Korea
  • Year and Date: 2014-06-30 – 2014-07-04
• [Presentation] Particle balance in long duration RF driven plasmas on QUEST (2014)
  • Author(s): K. Hanada, H. Zushi, N. Yoshida, M. Hasegawa, K. Mishra, A. Kuzmin, K. Nakamura, A. Fujisawa, H. Idei, Y. Nagashima, O. Watanabe, T. Onchi, H. Watanabe, K. Tokunaga, A. Higashijima, S.Kawasaki, H.Nakashima, Y.Takase, A.Fukuyama, O.Mitarai, T.Maekawa and Y. K. M. Peng
  • Organizer: 21st International Conference on Plasma Surface Interactions 2014
  • Place of Presentation: Ishikawa Ongaku-do
  • Year and Date: 2014-05-26 – 2014-05-30