新たに提唱したX線計測新原理の実証とそれに基づく新着想電子温度計測法の確立

• 研究課題/領域番号: 10878069
• 研究種目: 萌芽的研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: プラズマ理工学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 長 照二 筑波大学, 物理学系, 教授 (80171958)
• 研究分担者: 前澤 秀樹 (前沢 秀樹) 高エネルギー加速器研究機構, 放射光実験施設, 教授 (40150015) ; 近藤 真史 (平田 真史) 筑波大学, プラズマ研究センター/物理学系, 講師 (70222247) ; 小波蔵 純子 筑波大学, プラズマ研究センター/物理学系, 助手 (60302345)
• 研究期間 (年度): 1998 – 1999
• 研究課題ステータス: 完了 (1999年度)
• 配分額: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円); 1999年度: 500千円 (直接経費: 500千円); 1998年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
• キーワード: プラズマ電子温度 / 電子温度計測 / X線計測 / 半導体計測器 / 半導体X線計測器 / 新電子温度計測 / 新X線計測法 / プラズマ計画 / 半導体 / 半導体X線検出器 / 半導体感度理論 / 新しい電子温度計測法 / プラズマ計測 / X線トモグラフィ

研究概要

本年度は、以下の具体的新手法により、プラズマの電子温度T_eの計測を実施した。
(1)先ず、計測器の空乏層厚d∝V^<1/2>(Vは外部印加電圧)をVの時間掃引により時間変化させ、空乏層での吸収X線を変化させた。この時、(2)空乏層が厚い程空乏層を通り抜け空乏層の背後の無電場領域まで到達できるX線のエネルギーは高くなる。(3)一方、無電場領域内の深さ方向のX線生成電荷分布形状は、無電場領域でのX線減衰分布形状(X線エネルギーに依存)で決まる。(4)これら、X線エネルギーに依り生成分布が異なる電荷が、無電場領域で三次元拡散し、X線入射の無い隣接チャンネルに拡散し、入射エネルギーに特有の拡散電荷分布を形作る。(5)この拡散分布形状を定式化できる、新感度理論を用いて計算・解析して、入射X線エネルギー或いは電子温度を決定した。(プラズマ密度nはこの分布形状に影響なく、相対値のみに効く。)(6)またVの掃引によりdを変化させ、透過X線を変化させて、その依存性からT_e計測ができる新発想の吸収法を実証した。以上の様に、T_e,n,z_<eff>に複雑に依存する、空乏層を用いた従来のX線計測の原理的困難を解決する、我々の独創に基づく電子温度計測の新原理・新方式の着想を実証した。
今後は、更にこの新手法を一般にいかに安価で、簡便な方法に拠って普及させ、多くの研究者に簡単に役立ててもらえるかを考える、「実用段階」を検討してゆく計画である。

研究成果

• [文献書誌] T.Cho et al.: "Effects of Neutrons on Semiconductor X-Ray Detectors Including n-Type Joint European Torus and p-Type GAMMA 10 Tomography Detectors"Review of Scientific Instruments. 70,No.1. 577-580 (1999)
• [文献書誌] T.Cho et al.: "Investigations of Electron Behavior in the GAMMA 10 Tandem Mirror on the Basis of X-ray Analyses Using a Novel Theory on Semiconductor Detector Response"Transactions of Fusion Technology. 35,No.1T. 151-155 (1999)
• [文献書誌] T.Cho et al.: "A New Principle in Plasma Electron-Temperature Diagnostics Using a Semiconductor X-ray Detector"Plasma Devices and Operations. 7,No.2. 85-92 (1999)
• [文献書誌] J.Kohagura et al.: "Newly Developed Matrix-Type Semiconductor Detector for Temporally and Spatially Resolved X-Ray Analyses Ranging Down to a Few Tens eV Using a Single Plasma Shot"Review of Scientific Instruments. 70,No.1. 633-636 (1999)
• [文献書誌] Y.Sakamoto et al.: "Characterization of a Semiconductor Detector and Its Application for Ion Diagnostics Using a Novel Ion Energy Spectrometer"Review of Scientific Instruments. 70,No.1. 857-860 (1999)
• [文献書誌] T.Numakura et al.: "A Diagnostic Method for Both Plasma Ion and Electron Temperatures under Simultaneous Incidence of Charge-Exchange Particles and X Rays into a Semiconductor Detector Array"Applied Physics Letters. 76,No.2. 146-148 (2000)
• [文献書誌] T.Cho et al.: "Characterization and Interpretation of the Quantum Efficiencies of Multilayer Semiconductor Detectors using a New Theory" Journal of Synchrotron Radiation. 5. 877-879 (1998)
• [文献書誌] T.Cho et al.: "Effects of Neutrons on Semiconductor X-Ray Detectors Including n-Type Joint European Torus and p-Type GAMMA 10 Tomography Detectors" Review of Scientific Instruments. 70. 577-580 (1999)
• [文献書誌] T.Cho et al.: "A New Principle in Plasma Electron-Temperature Diagnostics Using a Semiconductor X-ray Detector" Plasma Devices and Operation. in press. (1998)
• [文献書誌] J.Kohagura et al.: "International Collaboration Researches on the Effects of a New Theory on the Plasma X-ray Diagnostics.Using Semiconductor X-ray Detectors" Plasma Physics Reports(Fizika Plazmy). 24. 218-221 (1998)
• [文献書誌] J.Kohagura et al.: "New Methods for Semiconductor Charge-Diffusion-Length Measurements Using Synchrotron Radiation" Journal of Synchrotron Radiation. 5. 874-876 (1998)
• [文献書誌] Y.Sakamoto et al.: "Characterization of a Semiconductor Detector and Its Application for Ion Diagnostics Using a Novel Ion Energy Spectrometer" Review of Scientific Instruments. 70. 857-860 (1999)