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2014 Fiscal Year Research-status Report

ダイバータ領域励起水素分子の高エネルギーイオンによる生成消滅ダイナミクスの解明

Research Project

Project/Area Number 26420848
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

岡本 敦  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50396793)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords振動励起水素分子 / ヘリコン波放電水素プラズマ / 再結合プラズマ / 非接触ダイバータ / 高エネルギーイオン
Outline of Annual Research Achievements

ダイバータ領域に流入する高エネルギーイオンが非接触ダイバータ形成に重要な再結合過程に与える影響を解明するための研究を遂行し、高エネルギーイオンによる励起状態水素分子の生成消滅を評価するための研究基盤となる以下の成果を得た。
(1)ビーム入射装置と直線型高密度プラズマ源DT-ALPHAを組み合わせた実験を行い、ヘリウム再結合プラズマ中へのヘリウムイオンビーム入射に伴うプラズマの応答を観測することに成功した。 (2) DT-ALPHA装置において高密度水素プラズマ生成を行うため、電子密度の外部磁場強度依存性を系統的な実験により明らかにした。低域混成共鳴周波数の磁場強度依存性及び電子密度依存性に着目することで高密度プラズマ生成に適した実験条件を設定できることを見出した。 (3) プラズマの沿磁力線方向の流速を画像診断より評価する手法を開発し、電気的計測法との比較で良い一致を得た。これによりプラズマに対する同種の高エネルギーイオンの影響を記述する一次元モデルと実験結果の比較が可能になった。 (4) 陽子ビームの選択入射と分子イオン遮断のためのExBフィルターの概念設計を行い、エネルギー10keVのビームに対して、磁場強度0.01Tおよび電場強度100V/cm程度を印加することで十分機能するフィルターの寸法を決定した。 (5) 再結合プラズマの維持に電子温度だけでなくイオン温度も重要なパラメータとなり得ることを指摘し、イオン温度計測に着手した。ドップラー分光法によるイオン温度計測に成功し、電離進行プラズマ条件で約1eVであることを明らかにした。 (6) 水素プラズマ中の分子スペクトルを高波長分解能の分光器を用いて測定し、600-640nm付近に存在するスペクトルの同定を行った。得られたFulcher帯の発光強度から水素分子振動励起状態の占有密度分布を推定した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度の研究実施計画に従い、おおむね順調に研究を遂行した。実験を進めていく過程で、プラズマ流速やイオン温度など、高エネルギーイオンが再結合過程に与える影響を解明する上で従来あまり重視されなかったパラメータが重要となる場合が存在することが明らかになった。そこで、本年度実施の計画であった陽子ビームの選択入射のためのフィルター開発を概念設計まで完了させた段階で、プラズマ流速やイオン温度の計測法開発や計測機器の整備を行った。計測機器の整備により、次年度以降の計画であった、水素分子線スペクトルの計測にも着手できている。

Strategy for Future Research Activity

概ね次年度の研究実施計画に従い研究を推進することが適当であると考えている。本年度の研究の過程で判明した新たに計測が必要となる実験パラメータへの準備対応は、本年度にほぼ完了している。
陽子ビームの選択入射に関してはフィルターを用いる方法と並行して、固体表面から陽子のみを発生させ加速する方法の検討も行う。前者の課題は狭く短いビームダクト内で十分な性能を発揮するための工学設計であり、ビーム電流モニターを増設して既存のディフレクターによる予備実験を行って対応する計画である。後者の課題は陽子加速の原理検証にあり、前述のビーム電流モニターを応用して原理検証実験を行って対応する計画である。

Causes of Carryover

研究の過程で従来あまり重視されなかった物理量が重要となる場合が存在することが明らかになった。これらの物理量の計測も実験研究の重要な実施項目となる。
そこで、本年度実施の計画であったビーム選択入射フィルター開発を概念設計まで完了させた段階で、これらの物理量を計測しつつ次年度以降の実施項目にも準備するため、機器の整備を行った。

Expenditure Plan for Carryover Budget

ビーム選択入射に関して、フィルターを用いる方法と固体表面を利用する方法を並行して検討する。予備実験・原理検証実験のためビーム電流モニターを増設する。得られた結果をもとに、前者のフィルター、または、後者の固体表面(金属電極)を製作する。

  • Research Products

    (10 results)

All 2015 2014

All Presentation (10 results)

  • [Presentation] 高周波プラズマ源DT-ALPHAにおけるヘリウム体積再結合過程に対する高エネルギーヘリウムイオンの影響2015

    • Author(s)
      高橋宏幸, 岡本敦, 高橋拓也, 相場健太, 板山晋, 三浦隆嗣, 北島純男
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会(2015年)
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] 高周波プラズマ源DT-ALPHAにおける水素プラズマ再結合過程誘起2015

    • Author(s)
      三浦隆嗣, 高橋拓也, 相場健太, 高橋宏幸, 岡本敦, 北島純男
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会(2015年)
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] ダイバータプラズマ模擬装置DT-ALPHAにおける水素ヘリコンプラズマ密度の磁場配位依存性2014

    • Author(s)
      高橋拓也, 三浦隆嗣, 岡本敦, 高橋宏幸, 北島純男
    • Organizer
      日本物理学会(領域2)2014年秋季大会/応用物理学会第32回プラズマプロセシング研究会/プラズマ・核融合学会第31回年会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [Presentation] 高周波プラズマ源DT-ALPHAにおける高エネルギーイオン流束存在下のヘリウム体積再結合プラズマ2014

    • Author(s)
      高橋宏幸, 岡本敦, 高橋拓也, 三浦隆嗣, 北島純男
    • Organizer
      日本物理学会(領域2)2014年秋季大会/応用物理学会第32回プラズマプロセシング研究会/プラズマ・核融合学会第31回年会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [Presentation] Interaction Between Ion Beam And Recombining Hydrogen Plasma In Radio-Frequency Discharge Divertor Simulating Device2014

    • Author(s)
      A. Okamoto, H. Takahashi, T. Takahashi and S. Kitajima
    • Organizer
      17th International Congress on Plasma Physics
    • Place of Presentation
      Lisbon (Portugal)
    • Year and Date
      2014-09-15 – 2014-09-19
  • [Presentation] Parallel flow velocity measurement by imaging technique for divertor plasma study2014

    • Author(s)
      A. Okamoto, T. Kumagai, S. Tsubota, H. Takahashi, T. Takahashi, A. Daibo, and S. Kitajima
    • Organizer
      10th International Conference on Open Magnetic Systems for Plasma Confinement
    • Place of Presentation
      Daejeon (Korea)
    • Year and Date
      2014-08-26 – 2014-08-29
  • [Presentation] Development of the divertor simulating experiment by energetic ion beam injection into helium recombining plasma2014

    • Author(s)
      H. Takahashi, A. Okamoto, T. Takahashi, and S. Kitajima
    • Organizer
      10th International Conference on Open Magnetic Systems for Plasma Confinement
    • Place of Presentation
      Daejeon (Korea)
    • Year and Date
      2014-08-26 – 2014-08-29
  • [Presentation] ダイバータプラズマ模擬装置DT-ALPHA におけるヘリコンプラズマ生成2014

    • Author(s)
      高橋拓也, 岡本敦, 高橋宏幸, 坪田慎平, 北島純男
    • Organizer
      第10回核融合エネルギー連合講演会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2014-06-19 – 2014-06-20
  • [Presentation] 高周波プラズマ源DT-ALPHA を用いたヘリウム体積再結合プラズマに対する高エネルギーイオンビーム重畳実験2014

    • Author(s)
      高橋宏幸, 岡本敦, 大坊昂, 高橋拓也, 坪田慎平, 北島純男
    • Organizer
      第10回核融合エネルギー連合講演会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2014-06-19 – 2014-06-20
  • [Presentation] Development of hydrogen recombining plasma for the study of dynamic response to energetic ion flux2014

    • Author(s)
      A. Okamoto, H. Takahashi, T. Takahashi, S. Tsubota, A. Daibo, T. Kumagai, and S. Kitajima
    • Organizer
      21st International Conference on Plasma Surface Interactions
    • Place of Presentation
      石川音楽堂(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2014-05-26 – 2014-05-30

URL: 

Published: 2016-05-27  

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