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2022 年度 実績報告書

水素分子の電子・振動・回転状態を区別した中性粒子輸送コードの構築とその検証

研究課題

研究課題/領域番号 18K03581
研究機関信州大学

研究代表者

澤田 圭司  信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (40262688)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2023-03-31
キーワード水素分子 / 振動状態 / 回転状態 / 衝突輻射モデル / 中性粒子輸送コード / 非接触プラズマ / 分子活性化再結合 / 高周波プラズマ
研究実績の概要

一昨年度までに水素分子の電子・振動・回転状態を区別した水素分子衝突輻射モデルおよび中性粒子輸送コードの開発を進め、コードの基本的な部分の構築を完了した。昨年度はこれをさらに進めて以下の整備・検証を行った。
(1) 核融合プラズマ中の水素分子との衝突に伴う電子と陽子のエネルギー損失率係数を、電子・振動・回転状態を区別した水素分子衝突放射モデルを整備して計算した。非接触プラズマのプラズマパラメータの元で、電子基底状態の振動・回転ポピュレーション分布を初期300 Kのボルツマン分布を与えて時間発展的に解いた。電子衝突による分子の振動・回転励起に由来する電子のエネルギー損失は、分子の解離を伴うトリプレット状態への励起に由来するエネルギー損失よりも1桁から2桁大きいことがわかった。
(2) 水素のコードを元に、重水素分子の電子・振動・回転状態を区別した重水素衝突輻射モデルを構築し、さらに重水素の中性粒子輸送コードの開発に着手した。重水素原子・分子のイオンとの弾性散乱、中性粒子同士の弾性散乱、電子衝突による分子の振動・回転励起、電子衝突による分子の解離、分子活性化再結合を組み込んだ。
(3) 水素および重水素の中性粒子輸送コードを、信州大学の主にガラス管から構成される高周波放電装置での水素プラズマおよび重水素プラズマに適用した。分光計測で得られた原子と分子の発光線強度を原子および分子の衝突輻射モデルで解析して原子と分子の密度および分子の振動温度・回転温度を算出した。中性粒子輸送コードの計算結果は原子・分子が壁面に衝突した際の扱いに敏感であり、実験結果を再現する条件について検討した。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Reduction of pulsed particle load with dynamic pressure induced by transient recycled neutral flux2022

    • 著者名/発表者名
      Yuki Hayashi, Hirohiko Tanaka, Noriyasu Ohno, Shin Kajita, Thomas Morgan, Hennie van der Meiden, John Scholten, Jordy Vernimmen, Hiroki Natsume, Keiji Sawada
    • 雑誌名

      Plasma Phys. Control. Fusion

      巻: 64 ページ: 105013

    • DOI

      10.1088/1361-6587/ac8acb

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Isotope Effect for Plasma Detachment in Helium and Hydrogen/Deuterium Mixture Plasmas2022

    • 著者名/発表者名
      Xinyue GUO, Hirohiko TANAKA, Shin KAJITA, Noriyasu OHNO, Shogo HATTORI, Keiji SAWADA
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 17 ページ: 2402027

    • DOI

      10.1585/pfr.17.2402027

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Electron and Proton Energy Loss via Rovibrational Excitation of Molecular Hydrogen in Fusion Detached Plasmas2022

    • 著者名/発表者名
      Keiji SAWADA
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 17 ページ: 2403044

    • DOI

      10.1585/pfr.17.2403044

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 中性粒子輸送コードとの統合をめざした1次元PICコードの開発2022

    • 著者名/発表者名
      関谷光之, 小山晟矢, 澤田圭司, 大野哲靖, 中村浩章, 齋藤誠紀, 河村学思
    • 学会等名
      第39回 プラズマ・核融合学会 年会
  • [学会発表] 分子の振動・回転状態を区別した水素および重水素の中性粒子輸送コードの開発2022

    • 著者名/発表者名
      土居健志, 西分久弘, 佐藤優作, 上田朝陽, 澤田圭司, 河村学思, 齋藤誠紀, 中村浩章, 星野一生
    • 学会等名
      第39回 プラズマ・核融合学会 年会
  • [学会発表] NAGDIS-IIヘリウムプラズマおよび水素プラズマ統合コードのための中性粒子輸送コードの整備2022

    • 著者名/発表者名
      増田翔太, 澤田圭司, 梅澤英弥, 中山 爽, 土居健志, 夏目祥揮, 杉浦健斗, 大野哲靖, 田中宏彦, 林 祐貴
    • 学会等名
      第39回 プラズマ・核融合学会 年会
  • [学会発表] ガス圧計測と分光計測で得られた基底・準安定ヘリウム原子密度の中性粒子輸送コードによる再現2022

    • 著者名/発表者名
      西分久弘, 佐藤優作, 上田朝陽, 土居健志, 増田翔太, 澤田圭司
    • 学会等名
      第39回 プラズマ・核融合学会 年会
  • [学会発表] 多流体水素輸送コードを用いた非接触プラズマの背景中性粒子依存性の解析2022

    • 著者名/発表者名
      杉浦健斗, 夏目祥揮, 井戸太一, 増田翔太, 田中宏彦, 澤田圭司, 大野哲靖, 星野一生
    • 学会等名
      第39回 プラズマ・核融合学会 年会

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公開日: 2023-12-25  

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