| 研究課題/領域番号 |
21H04460
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分14:プラズマ学およびその関連分野
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| 研究機関 | 核融合科学研究所 |
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研究代表者 |
村上 泉 核融合科学研究所, 研究部, 教授 (30290919)
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| 研究分担者 |
佐々木 明 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 量子応用光学研究部, 専門業務員 (10215709)
川手 朋子 核融合科学研究所, 研究部, 助教 (10647100)
鈴木 千尋 核融合科学研究所, 研究部, 助教 (30321615)
坂上 裕之 核融合科学研究所, 研究部, 助教 (40250112)
中村 信行 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 教授 (50361837)
藤井 恵介 京都大学, 工学研究科, 助教 (10637705)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
42,640千円 (直接経費: 32,800千円、間接経費: 9,840千円)
2025年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2024年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円)
2021年度: 19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円)
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| キーワード | 準連続スペクトル / 多価イオン / プラズマ分光計測 / 統計理論 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
多電子原子の多数の発光線が密集することで形成される準連続スペクトル（Unresolved Transition Array, UTA）は極端紫外光源や核融合プラズマ・天体プラズマなどで広く見られるが、定量的診断法が存在しない。
本研究では、UTAスペクトルの高波長分解観測を初めて実現し、それを構成する線スペクトルの強度や波長の計測を様々な原子イオンUTAに対して系統的に行い、強度・波長が従う「分布」の元素・価数依存性を明らかにする。量子カオス理論や平均原子理論に基づくUTA 統計則の理論モデルも合わせて構築する。これらによりUTA の物理を開拓し、UTA スペクトルの定量的診断法を開発する。
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| 研究実績の概要 |
（１）2022年度に制作を行なった高分散・高スループット極端紫外線・軟X線用回折格子、およびCCDカメラについて、分子科学研究所極端紫外光研究施設UVSORにて実験提案を行い、光学素子較正実験用ビームラインBL5Bにおいて合計4週間の期間、回折効率・感度計測実験を行なった。得られた感度曲線は設計値と概ね一致しており、実験結果について査読論文としてまとめている。
（２）重元素ターゲットによるレーザー生成プラズマ実験システムの構築を進め、高分解能分光器を接続する準備が整った。
（３）核融合研の大型ヘリカル装置（LHD）を使ったプラズマ実験において、これまで得られたタングステンや希土類などの重元素入射実験で計測した極端紫外（EUV）スペクトルを精査し、EUV領域での主要なスペクトル構造の原子番号依存性の解析を進展させた。希土類元素のガリウム様イオンのレベル交差に続き、ゲルマニウム様イオンでも強い配置間相互作用の影響によるレベル交差があることがわかり、詳細な検討を進めている。電気通信大学の電子ビームイオントラップTokyo-EBIT装置と既存のEUV分光器を用い、高次光を用いた高分解スペクトルの計測と解析を進めている。
（４）第一原理計算を進め、タングステン２０価イオンの原子構造、放射遷移確率などの原子データの計算を行い、衝突輻射モデルの構築を進めた。再結合プラズマ成分と電離進行プラズマ成分のスペクトル形状を比較し、UTA構造が似通っていることから、統計的性質について考察を進めている。
（５）EUV光源の研究の高度化のために、Sn多価イオンの多数の多重、内殻励起状態を考慮した衝突輻射モデルの研究を行った。多重、内殻状態からのUTAがスペクトルの強度や幅に与える効果を評価した。計算された高密度プラズマからの発光スペクトルを実験と比較し検証した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
（１）EUV用高波長分解高分散分光器の感度較正実験が終了し、実機に接続する準備が整った。令和５年度中に実機に取り付け、プラズマ実験により分光計測の準備を行う予定であったが、感度較正実験以降取り付け準備がが進まなかった。
（２）レーザー生成プラズマ実験システムも分光器を接続する準備を整えたが、分光器の最終準備が整わずプラズマ実験による分光計測が実施できなかった。
（３）LHD実験で得られた重元素スペクトルの蓄積が進み、理論モデル、統計モデルとの比較する準備が進んでいる。第一原理計算で得られた理論モデルとの比較検証も、広い波長領域に対し、プラズマの広い温度領域で進んでいる。
（４）第一原理計算とそれを用いた分光モデル構築もおおむね順調に進んでいる。特に、第一原理計算によるモデル結果において、電離進行プラズマ成分と再結合プラズマ成分にのスペクトル形状に統計的性質がある可能性を見出すことができ、検討を進めることができた。
（５）物理及びデータ科学の研究が、概ね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
（１）高波長分解高分散分光器をレーザー生成プラズマ実験システムやコンパクトEBIT装置（CoBIT）に取り付け、重元素の分光計測を実施する。これまでのLHD実験やTokyo-EBIT実験と比較できるスペクトルの取得を目指す。
（２）重元素のレーザー生成プラズマを分光計測し、データを蓄積する。
（３）今期のLHD実験は、令和６年３月１３日から６月２０日まで実施され、タングステン実験は４月２６日に実施、希土類実験は５月１６日に実施を予定している。スペクトルデータを蓄積し、過去のデータと合わせて整理する。Tokyo-EBITは主に既存の分光器での測定を進める。
（４）第一原理計算に基づく理論モデルは、タングステンのさらに価数の低い領域へ拡大させ、実験データと比較ができるように整備する。希土類は原子構造での詳細モデルの検討をされに進めるとともに、遅れている分光モデルの整備を進める。UTA統計理論構築に向けて検討を進める。
（５）スズ-希土類からタングステンまでの多価イオンからの原子構造、発光スペクトルの物理的、統計的性質の解析結果に基づく衝突輻射モデルを構築する。広い温度、密度の範囲でレーザー生成プラズマの発光スペクトルを予測できるようにし、EUV光源の高出力化、短波長化に用いるツールを構築する。
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