新しい単一ショット電子速度分布関数二次元計測器の開発及び速度分布と電位分布の相関

• Project/Area Number: 00J05324
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: プラズマ理工学
• Research Institution: University of Tsukuba
• Research Fellow: 南 龍太郎 筑波大学, 物理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2000 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2002: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2001: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2000: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 半導体X線計測器 / 半導体X線計測器新感度理論 / 電子速度分布関数 / 二次元空間分布計測 / 単一プラズマ・ショット / 新型マトリックス型半導体検出器 / 電子閉じ込め電位分布 / 電子温度分布

Research Abstract

我々はこれまでに、プラズマの基幹パラメータである電子温度の空間分布計測に広く用いられてきた、半導体X線検出器の、感度理論として、この四半世紀にわたり、「教科書に広く掲載され」、プラズマ解析に用いられてきた定説の不備を正し、最近MITが提唱した理論を覆す、「半導体X線検出器新感度理論」を提唱し、シンクロトロン放射光を用いてこの新理論を実証した。平成12年度は、本研究計画に従い、電子速度分布関数の二次元空間分布計測を目的として、X線計測の基盤を固めるため、上記の「半導体X線計測器新感度理論」を応用・拡張し、その計測が一般に困難な数10eVから数10keVまでの広範囲のプラズマX線の時間・空間分布を、1プラズマ・ショットで計測可能な、新型マトリックス型半導体検出器を開発した。更に、本検出器を筑波大学プラズマ研究センターのガンマ10タンデム・ミラー装置に設置し、本研究の新X線計測システムの確立に対する整備を行った。平成13年度は、整備した本新計測システムを用いて、X線計測をガンマ10プラズマを用いて実際に行った。更に、プラズマ・パラメータを変化させて、電子の速度分布関数の詳細計測と、電位との相関について、研究を行った。今年度は、昨年度までに確立した本新型計測器を基盤として、電子速度分布関数・電子温度及び電子閉じ込めに対する、プラズマ半径方向のシアー効果を含む電位の効果と相関、並びに電子密度、電子加熱電力、密度半径分布の影響・効果、それらを統合した、電子閉じ込め電位分布と電子速度分布関数・温度分布の相関の整理・体系化に基づく、両者の間の比例則の確立を行った。これらの成果は、欧州及び米国の学術誌に公表し、その成果を世界に広く示した。

Research Products

• [Publications] R.Minami et al.: "Observations of Temporal and Spatial Behaviour of Plasmas in Relation to the Interchange Stability Boundary Scaling in GAMMA 10"Plasma Physics and Controlled Fusion. Vol.44. 1363-1375 (2002)
• [Publications] R.Minami et al.: "Observations of the Relations of Spatially Resolved Electron Cyclotron Heated Plasmas with Electron Confining Potentials Using Novel Matrix-Type X-ray Semiconductor-Detector Arrays in the GAMMA 10 Tandem Mirror"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. (in press). (2003)
• [Publications] R.Minami et al.: "Analyses of Temporally and Spatially Resolved Plasma Behavior Using X-ray Data in a Single Plasma Discharge on GAMMA 10"Transactions of Fusion Science and Technology. (in press). (2003)
• [Publications] M.Hirata et al.: "Tomographic Reconstruction of Plasma Electron Temperature Profiles Using Semiconductor Detector Arrays in the Elliptic Transition Region and Region and the Circular Central Cell of the GAMMA 10 Tandem Mirror"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. Vol.477. 210-214 (2002)
• [Publications] J.Kohagura et al.: "Effects of Nuclear-Fusion Produced Neutrons on Silicon Semiconductor Plasma X-ray Detectors"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. Vol.477. 215-219 (2002)
• [Publications] T.Cho et al.: "A Novel Method for Simultaneous Observations of Plasma Ion and Electron Temperatures Using A Semiconductor Detector Array"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. Vol.477. 204-209 (2002)