| 研究課題/領域番号 |
16H04623
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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, ヘリカル研究部, 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, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員(定常) (10215709)
坂上 裕之 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40250112)
仲野 友英 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂核融合研究所 先進プラズマ研究部, 上席研究員(定常) (50354593)
中村 信行 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 准教授 (50361837)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | プラズマ・核融合 / プラズマ計測 / プラズマ原子分子過程 / 多価イオン / 分光計測 / 再結合過程 / タングステン |
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| 研究実績の概要 |
本課題は、プラズマ中のタングステンイオンの挙動研究を行うため、タングステンイオン分光モデルに再結合過程を取り組み、発光構造における二電子性再結合過程の寄与を調べ、プラズマ分光実験によって検証することを目的とする。
平成30年度は、自動電離状態への二電子性捕獲過程とそれに続く放射遷移や自動電離過程などを平均電子配位レベルを用いて扱い、エネルギー状態の低いレベルは微細構造レベルとするハイブリッドモデルを構築し、タングステン27価～34価イオンの極端紫外域のスペクトルを計算した。この価数において、5-7nm波長域のUTA発光構造を再現できるだけの寄与は再結合プラズマ成分には見られないという結果を得た。
さらに、統計的モンテカルロ法を用いた衝突輻射モデルを新たに開発した。モンテカルロ法により遷移確率に従って電子の遷移を繰り返し、統計的に十分な数の計算を行うことにより、結果として定常状態に対するポピュレーションを求める方法である。この計算方法は、従来より計算時間が短く、より多数の励起状態を取り扱うのが容易という利点があるため、ハイブリッドモデルの検証に用いることができると期待している。
原子構造計算プログラム FAC を用いて電離および再結合断面積の計算をそれぞれ 62 価及び 63 価タングステンイオンに対して行った。これらを用いて、電離平衡モデルにより W62+に対するW63+の密度比を計算し、これを実験と比較した。その結果、計算値は、電子エネルギー 9 keV では実験値とよく一致した。
LHD実験では、プラズマにタングステンペレットを入射し、多波長領域のスペクトルを様々なプラズマ状態に対して得た。CoBIT実験では、EUV領域に対して波長分解能を上げ、W26+イオンのE3遷移スペクトル線の詳細測定を行った。二電子性再結合過程の計測は、ターゲットの検討をすすめた。
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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
再結合過程を取り入れた衝突輻射モデルをハイブリッドモデルとして構築し、スペクトル構造におけるに電子姿勢再結合過程の寄与を27～34価イオンについて調べることができた。また、LHDプラズマ実験で、様々なプラズマ条件におけるタングステンスペクトルを測定し、スペクトルデータを蓄積することができた。CoBITでは、波長分解能の高い極端紫外スペクトルの計測が行えるようになり、E3遷移の計測など、精度の高いスペクトルを得ることができるようになり、原子構造の検証に十分なデータの取得が可能となった。
一方、二電子性再結合過程の実験室による計測は、理論計算からの予測が十分ではなく、実験条件の最適化を進めることができなかった。当初計測を検討していた二電子性サテライト線の強度が非常に弱いことがハイブリッドモデルの計算で出てきたため、実験方法の再検討が次年度への課題となった。
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| 今後の研究の推進方策 |
ハイブリッド衝突輻射モデルを低価数イオンへ拡張し、極端紫外領域の発光構造が二電子性再結合過程によって説明が可能かどうか、検討を進める。また、統計的モンテカルロ衝突輻射モデルを発光構造の計算に適用し、二つのモデルの比較による検証を行う。
二電子性再結合速度係数の計算をFACコードによる計算と、HULLACコードによる計算やハイブリッドモデルからの計算との比較も行い、互いの計算結果の検証を行う。
LHD実験では引き続き様々なプラズマ条件でのデータの取得と蓄積を進め、CoBIT実験では、理論予測を元に実験方法の再検討をすすめ、二電子性再結合過程の実験計測を実現させるようにする。
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