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本研究は、磁場閉じ込め核融合プラズマ装置で重要な役割を演じる水素負イオンに関して、従来には無かった全く新しい発想でプラズマ中の水素負イオンを測定する方法を開発し、併せてダイバータ領域での重要な原子過程である正・負水素イオンの相互中性化反応の速度係数を求めることにより、相互中性化過程の反応レートの評価法を確立する。プラズマ中の水素負イオンH^-を測定する原理は、H^-とH^+イオンが相互中性化反応を起こすと励起状態の水素原子H^*が生成され、そのH*からの可視域発光スペクトル強度を測定することにより、H^-密度及び相互中性化過程の反応レートを求めるものである。
初年度となる、平成10年度においては、以下の成果が得られた。
1) 相互中性化反応による発光強度は、正イオン密度と負イオン密度の積に比例する。これまでの酸素・フロンを用いた実験により、ヘリコン波プラズマにおいて負イオン密度は電子密度の増加と共に増すことが分かっているので、プラズマ密度を増すことにより、発光強度の飛躍的な増大が期待できる。先ず、現有のヘリコン波プラズマ発生装置を用いて高密度水素プラズマの生成実験を行った。磁場、ガス圧、放電管径、アンテナ形状などをパラメーターとして調べた。放電管径が小さいときに高い密度が得られ、管径が2cm^φ程度で約1x10^<12>cm^<-3>のプラズマが生成された。
2) 光脱離法を用いて、生成された高密度プラズマの負イオン測定を行い、放電停止後のアフターグローにおいて密度が5x10^<10>cm^<-3>の水素負イオンの生成を確認した。
3) 生成された水素プラズマにおいて可視分光測定を行い、アフターグローにおいて正・負水素イオンの相互中性化反応による発光スペクトルを検出できた。
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