タングステンの輸送研究と密度計測のための電離・再結合・放射係数の定量評価

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04088
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 森田 繁 核融合科学研究所, その他部局等, 名誉教授 (80174423)
• 研究分担者: 大石 鉄太郎 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80442523)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: プラズマ核融合 / タングステン / プラズマ分光 / EUV分光 / 疑似連続光 / 放射損失 / 電離再結合 / 原子物理

研究実績の概要

令和４年10月－12月の３か月間，LHDで軽・重水素実験を実施した．令和３年までのLHD実験では，金属不純物流入束の抑制を目指して外部RMP磁場印可による磁気島生成を利用した研究を実施したが，令和4年度の実験では，バルク水素イオンの輸送に関する外部RMP磁場の影響を調べた．LHDでは，NBIの加熱入力を減少させると周辺プラズマの温度が低下し，統計的地場領域での粒子流入束遮蔽効果が弱くなる．特に，磁気軸を外側にシフトさせた外寄せプラズマでは統計的地場領域が拡大するため，温度低下による遮蔽効果の抑制は顕著になる．そこで，上記の実験をRax=3.65-75m配位で実施した．放電途中でNBI加熱入力を減少させると遮蔽効果抑制による密度上昇が始まる．放電の最後まで密度は上昇し続ける（2から5x1013cm-3へ）．この放電にRMP磁場を印加すると密度上昇は2.5x1013cm-3付近で止まり，放電終了まで一定値を示す．周辺磁気島形成がコア部へのバルクイオン流入を抑制することが明らかになった．現在，これまでの一連のRMP磁場形成に関する実験結果を整理している．多価イオン分光に関する最近の進展をJ. Atomic, Molecular, Condensed Matter and Nano Physicsに投稿し，論文掲載が受理された．
EAST装置（中国・合肥・等離子体物理研究所）での共同研究を電子メイルやZoomを通して継続した．金属スペクトルの高速空間分布計測用EUV分光器の開発に関して新規CMOS検出器を導入して行った．10-20msという時間分解で空間分布スペクトルを計測することに成功し，鋸歯状振動中に変化するタングステン不純物イオン分布を観測した．結果をRSI誌に，EAST放電での不純物挙動に関する実験結果をMPDI-Applied Science誌に公表した．

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Recent progress on atomic spectroscopy of highly ionized ions in laboratory plasmas for fusion research (2023)
  • 著者名/発表者名: S.Morita, T.Oishi, L.Zhang, C.F.Dong, X.L.Huang, H.M.Zhang and M.Goto
  • 雑誌名: Journal of Atomic, Molecular, Condensed Matter and Nano Physics 巻: 10 ページ: -
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] EUV spectral shape variation of tungsten unresolved transition arrays in electron temperature range of 2 - 4 keV observed in the Large Helical Device (2023)
  • 著者名/発表者名: T.Oishi, S.Morita, I.Murakami, D.Kato, H.A.Sakaue, Y.Kawamoto, T.Kawate and M.Goto
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 2439 ページ: 012005-1-4
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2439/1/012005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent progress on identifications of spectral lines from tungsten ions in low and high ionization stages using laboratory plasmas for fusion research and its application to plasma diagnostics (2022)
  • 著者名/発表者名: S.Morita, C.F.Dong, D.Kato, T.Oishi, L.Zhang, K.Fujii, M.Goto, M.Hasuo, Y.Kawamoto, I.Murakami, N.Nakamura and H.A.Sakaue
  • 雑誌名: Springer Proceedings in Physics 巻: 271 ページ: 23-36
  • DOI: 10.1007/978-981-16-7691-8_2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spatial Profiles of NeVI-NeX Emission in ECR-Heated Discharges of the Large Helical Device with Divertor Detachment Induced by RMP Application and Ne Impurity Seeding (2022)
  • 著者名/発表者名: T.Oishi, M.Kobayashi, H.Takahashi, Y.Hayashi, K.Mukai, S.Morita, M.Goto, Y.Kawamoto, T.Kawate, S.Masuzaki, C.Suzuki, G.Kawamura, G.Motojima and R.Seki
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 17 ページ: 2402022-1-7
  • DOI: 10.1585/pfr.17.2402022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Confirmation of the Absence of Contact Between Edge Boundary Plasma and Inboard First Wall in LHD Discharges Based on Radial Profile Measurement of Hβ Line Emissions (2022)
  • 著者名/発表者名: Y.Kawamoto, S.Morita, G.Kawamura, M.Goto, T.Oishi, T.kawate, M.Kobayashi and M.Shoji
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 78 ページ: 537-548
  • DOI: 10.1080/15361055.2022.2068897
  • 査読あり
• [雑誌論文] Confinement improvement during detached phase with RMP application in deuterium plasmas of LHD (2022)
  • 著者名/発表者名: M.Kobayashi, R.Seki, Y.hayashi, T.Oishi, K.Tanaka, Y.Takemura, K.Ida, T.Kinoshita, K.Mukai, S.Morita and S.Masuzaki
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 62 ページ: 056006-1-16
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ac42f3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous Observation of Tungsten Spectra ofW0 toW46+ Ions in Visible, VUV and EUV Wavelength Ranges in the Large Helical Device (2021)
  • 著者名/発表者名: T.Oishi, S.Morita, D.Kato, I.Murakami, H.A.Sakaue, Y.Kawamoto and M.Goto
  • 雑誌名: Atoms 巻: 9 ページ: 69-1-14
  • DOI: 10.3390/atoms9030069
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of forbidden emission lines from highly ionized tungsten ions in VUV wavelength range in LHD for ITER edge plasma diagnostics (2021)
  • 著者名/発表者名: T.Oishi, S.Morita, M.Kobayashi, K.Mukai, G.Kawamura, S.Masuzaki, Y.Hayashi, C.Suzuki, Y.Kawamoto and M.Goto
  • 雑誌名: Nuclear Materials and Energy 巻: 26 ページ: 100932-1-5
  • DOI: 10.1016/j.nme.2021.100932
  • 査読あり
• [雑誌論文] EUV and VUV Spectra of NeIII-NeX Line Emissions Observed in the Impurity Gas-Puffing Experiments of the Large Helical Device (2021)
  • 著者名/発表者名: T.Oishi, S.Morita, M.Kobayashi, K.Mukai, G.Kawamura, S.Masuzaki, Y.Hayashi, C.Suzuki, Y.Kawamoto and M.Goto
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 16 ページ: 2402006-1-6
  • DOI: 10.1585/pfr.16.2402006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of line emissions from Ni-like W46+ ions in wavelength range of 7 - 8A in the Large Helical Device (2021)
  • 著者名/発表者名: T.Oishi, S.Morita, D.Kato, I.Murakami, H.A.Sakaue, Y.Kawamoto and M.Goto
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: 96 ページ: 025602-1-11
  • DOI: 10.1088/1402-4896/abd0ba
  • 査読あり
• [雑誌論文] Line identification of boron and nitrogen emissions in extreme- and vacuum-ultraviolet wavelength ranges in the impurity powder dropping experiments of the Large Helical Device and its application to spectroscopic diagnostics (2021)
  • 著者名/発表者名: T.Oishi, N.Ashikawa, F.Nespoli, S.Masuzaki, M.Shoji, E.P.Gilson, R.Lunsford, S.Morita, M.Goto, Y.Kawamoto, C.Suzuki, Z.Sun, A.Nagy, D.A.Gates and T.Morisaki
  • 雑誌名: Plasma Science and Technology 巻: 23 ページ: 084002-1-12
  • DOI: 10.1088/2058-6272/abfd88
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Qualitative Improvement of Zeff Diagnostic Based on Visible Bremsstrahlung Profile Measurement by Changing Observation Cross Section in LHD (2021)
  • 著者名/発表者名: Y.Kawamoto, S.Morita, M.Goto and T.Oishi
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 16 ページ: 2402072-1-5
  • DOI: 10.1585/pfr.16.2402072
  • 査読あり
• [雑誌論文] Progress of tungsten spectral modeling for ITER edge plasma diagnostics based on tungsten spectroscopy in LHD (2021)
  • 著者名/発表者名: I.Murakami, D.Kato, T.Oishi, M.Goto, Y.Kawamoto, C.Suzuki, H.A.Sakaue and S.Morita
  • 雑誌名: Nuclear Materials and Energy 巻: 26 ページ: 100923-1-10
  • DOI: 10.1016/j.nme.2021.100923
  • 査読あり
• [雑誌論文] Assessment of W density in LHD core plasmas using visible forbidden lines of highly charged W ions (2021)
  • 著者名/発表者名: D.Kato, H.A.Sakaue, I.Murakami, M.Goto, T.Oishi, N.Tamura, H.Funaba and S.Morita
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 61 ページ: 116008-1-11
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ac22d1
  • 査読あり
• [学会発表] LHDのX線結晶分光によって観測された波長領域3.7-4.0Aにおける高電離タングステンイオンの発光線スペクトル (2023)
  • 著者名/発表者名: 大石鉄太郎，森田繁，村上泉，後藤基志，加藤太治，坂上裕之，川本靖子，川手朋子
  • 学会等名: 日本物理学会春季大会
• [学会発表] Observation of magnetic dipole (M1) forbidden lines in fusion plasmas and its contribution to atomic physics and burning plasma diagnostics (2022)
  • 著者名/発表者名: S.Morita, T.Oishi, D.Kato, M.Goto, I.Murakami and L.Zhang
  • 学会等名: AAPPS-DPP2022 (6th APCPP)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electron Temperature Dependence of EUV and VUV Spectral Shapes of Tungsten Unresolved Transition Arrays Observed in the Large Helical Device (2022)
  • 著者名/発表者名: T.Oishi, S.Morita, I.Murakami, D.Kato, H.A.sakaue, Y.kawamoto, T.Kawate and M.Goto
  • 学会等名: International Conference on Spectral Line Shapes
  • 国際学会
• [学会発表] 空間分解分光を用いたLHDにおけるタングステン不純物蓄積挙動の観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大石鉄太郎，森田繁，加藤太治，村上泉，坂上裕之，川本靖子，川手朋子，後藤基志
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会