超音速中性粒子ビームによるトカマクプラズマの診断法の研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07680509
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 尾田 年充 広島大学, 工学部, 教授 (60034550)
• 研究分担者: 多幾山 憲 広島大学, 工学部, 助教授 (40112180)
• キーワード: 周辺プラズマ / 電場分布計測法 / 超音速中性粒子ビーム / レーザー誘起蛍光法 / 衝突・放射モデル / 禁制遷移 / 電子密度・温度分布計測法

研究概要

最近の磁場閉じ込め核融合プラズマの研究では、プラズマ周辺部の現象が重要視されている。このような研究に応用するため、超音速中性粒子ビームがトカマクプラズマ周辺部で示す原子過程を解析して、分光的手法によるプラズマ診断法を開発することを目標とした。研究成果の概要は、以下のようである。
1)プラズマ周辺部での衝突・放射モデルによる超音速ヘリウム原子ビームの原子過程の数値的解析:日本原子力研究所のJFT-2Mトカマクプラズマを想定し、その周辺部のプラズマパラメータに対して、入射する超音速ヘリウム原子ビームの励起・電離の状態を衝突・放射モデルによる多元連立レート方程式を数値的に解いて求めた。この結果をもとに、HeIの2組のスペクトル線対の強度比より、電子密度・温度の測定が可能であることを示した。また、レーザー誘起蛍光法を併用して、電場分布の測定ができることを示した。2)プラズマ中のヘリウムイオン(原子)と水素分子に関連した原子過程:ダイバータ部や周辺部で、水素分子やヘリウムイオンなどの重粒子どうしの間の新しい荷電交換の原子過程を数値的に解明した。3)衝突・放射モデルにもとづくレート方程式の高速数値計算法の開発を行った。4)超音速ヘリウム原子ビーム生成装置の試作:中型のトカマクプラズマ装置に適用できることを実証するため、小型の超音速ヘリウム原子ビーム生成装置を試作し、分光法等により、その特性を明らかにした。5) ECRプラズマ源から準安定ヘリウム原子ビームを生成した。6)磁場閉じ込めプラズマで、印加磁場の効果も考慮したレーザー誘起蛍光法による電場分布測定法を進展させた。

研究成果

• [文献書誌] Takiyama, K.: "Numerical investigation of a neutral helium beam as a diagnostic probe in the plasma edges" Journal of Nuclear Materials. 220-222. 1057-1060 (1995)
• [文献書誌] Oda, T.: "Numerical study of selective double-elctron capture by α particles in collisions with hydrogen molecules in a cooled plasma" Fusion Engineering and Design. (印刷中).
• [文献書誌] Takiyama, K.: "Spectroscopic method to directly measure electric field distribution in tokamak plasma edge" Review of Scientific Instruments. 68 (1) PtII. 1028-1031 (1997)
• [文献書誌] Takiyama, K.: "Low-energetic He-atom beam as a diagnostic probe for electric field measurement in the plasma edges" Journal of nuclear materials. (印刷中).
• [文献書誌] Oda, T.: "A double electron capture by alpha particle in cellisions with hydrogen molecules in low temperature plasma" Journal of Nuclear Materials. (印刷中).
• [文献書誌] Katsuta, T.: "Supersonic helium beam for measurement of electric field in torus plasma edges" Fusion Engineering and Design. (印刷中).