高エネルギー粒子の振る舞い

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11210202
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 竹入 康彦 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (60179603)
• 研究分担者: 武藤 敬 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (90115949) ; 長壁 正樹 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (90280601) ; 尾崎 哲 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (50183033) ; 笹尾 真実子 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00144171)
• キーワード: 高エネルギー粒子 / 中性粒子分析器 / 大型ヘリカル装置 / 電場磁場平行型検出器 / 半導体型検出器 / TAEモード / 能動的荷電交換中性粒子検出 / 国際協力

研究概要

低磁場の比較的ベータの高いプラズマにおいて、TAEモードに関係するMHD揺動により、接線高エネルギー粒子の輸送が変化する現象が、電場磁場平行型(E//B型)中性粒子分析器(NPA)を用いて観測されている。MHDのバーストに伴ったプラズマ蓄積エネルギーの減少が観測されているが、同時に、約20%の中性粒子束の減少をE//B型NPAで観測しており、MHD揺動による高エネルギー粒子の損失を示している。また、MHD揺動のバーストによる高エネルギー粒子の損失に同期して、特定のダイバータ領域での温度上昇を観測し、この領域が理論計算における高エネルギー粒子のダイバータ損失領域と概略一致していることを確認した。このように、TAEモードによる高エネルギー接線入射のNBI粒子の損失についての理解が大きく進展した。
米国との国際協力により開発したLN2冷却方式Si半導体型NPA(Si-NPA)の6チャンネルアレイによる測定において、プラズマの実効電荷数(Zeff)の違いによるNBI粒子のスペクトルの変化を観測した。また、磁気軸の違いによるICRF高エネルギー粒子のスペクトルの差異も観測しており、いずれもシミュレーション結果との比較検討を行っている。
一方、独自に開発した電子冷却方式Si-NPAを垂直ポートに取り付け、ICRFのモジュレーション実験において高エネルギー粒子を観測した。そして、観測された高エネルギー粒子の位相遅れから、その閉込め性能を解析的に評価し、高エネルギー粒子の閉じ込めの磁気軸依存性を直接的に比較した。
ロシアとの共同研究で行っているダイヤモンド型検出器を用いた測定では、500keV以上のICRF加速高エネルギー粒子を検出した。また、ペレットを用いた能動的荷電交換中性粒子検出(PCX)に成功した。

研究成果

• [文献書誌] M.Osakabe: "Redistribution of Energetic Particles by MHD bursts on Large Helical Device"Proc. 29th EPS Conf. on Plasma Physics and Controlled Fusion, Montreux, 2002. 1.083 (2002)
• [文献書誌] T.Ozaki: "Spatial Distribution of High-Energy Particle NBI and ECH Plasmas of Large Helical Device"Proc. 29th EPS Conf. on Plasma Physics and Controlled Fusion, Montreux, 2002. 4.065 (2002)
• [文献書誌] Y.Takeiri: "Formation of electron internal transport barrier and achievement of high ion temperature in Large Helical Device"Physics of Plasmas. (in press). (2003)
• [文献書誌] T.Mutoh: "Ion Cyclotron Range of Frequencies Heating and High-Energy Particle Production in the Large Helical Device"Proc. 19th IAEA Fusion Energy Conference, Lyon, 2002. EX/P2-19 (2003)
• [文献書誌] T.Ozaki: "Spatial resolved high-energy particle diagnostic system using time-of-flight neutral particle analyzer in large helical device"Review of Scientific Instruments. Vol.74, No.3. 1878-1882 (2002)
• [文献書誌] M.Sasao: "Neutralization Effect on Energetic Proton Confinement in LHD"Journal of Plasma and Fusion Research SERIES. Vol.5(in press). (2003)