イメージング分光計測に基づく水素ペレット溶発雲内部構造と粒子供給空間分布の研究

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K03588
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 後藤 基志 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00290916)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 水素ペレット / 分光計測 / シュタルク広がり / 局所熱平衡

研究実績の概要

前年度はプラズマ中心部でのペレット溶発を観測するように視線を配置していた。しかしながら、多くの放電ではペレットがプラズマ中心に届く前に溶発が終了してしまうため、そのような場合、溶発雲の発光が観測されないことが明らかになった。本計測は複数のペレットが入射される場合でも、その全てのペレットに対して観測できることが特徴のひとつである。しかしながら、観測されるペレットは、最初のいくつかのペレット入射によりプラズマ全体の温度が低下し、そのため中心部まで届くようになった場合に限られ、本来の興味の対象とは異なるものである。ペレットはプラズマ外側から入射され、赤道面上を水平に移動し、溶発雲は磁場方向に広がる。鉛直スリット状の視野を通過するペレットを観測する場合、溶発雲は水平方向に広がっている状況が理想であるため、前年度の計測では磁場がほぼ水平方向となるプラズマ中心部を観測領域に設定した。しかしながら、視野はスリット状であるので、溶発雲が水平から傾いていても、空間分解能は低下するが、計測は可能である。今年度は異なる観測ポートを用いて、周辺部から中心部まで広い範囲で計測を行うことができるような装置の設計および改造を行った。光学系は前年度と同様に光ファイバーケーブルとシリンドリカルレンズの組み合わせで鉛直方向に延びる幅20mm程度のスリット状観測視野を作るものである。検出器も前年度と同様にラインスキャンカメラを用いるが、前年度使用した機種はバックグラウンドレベルが不安定という深刻な問題を抱えていたため、別の機種と入れ替えることとした。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

観測ポートの選定と光学設計に手間取り、ポートの改造が実験開始に間に合わなかったため、今年度は計測を行うことができなかったが、必要な機器の製作および改造はすぐに始められる状況にあり、次年度の実験での計測は十分に可能である。新規に手配した検出器によるデータが、前年度使用した機種のデータと比べてどの程度改善するかが不確実性の要因となっているが、検出器単体でのテストでは良好な結果が得られており、問題ないと考えている。計測データの解析用シミュレーションコードは前年度既に準備しており、計測データが得られれば直ちにデータ解析を始めることができる。

今後の研究の推進方策

本研究計画の最終年度である次年度の実験では、10月の実験開始より直ちにデータ収集を行い、同時にデータ解析も開始する。具体的には、スペクトルの解析から溶発雲内の電子温度および電子密度の分布を求め、それらの情報を用いて磁力線方向に拡散する粒子フラックスを評価する。このような解析をさまざまな放電条件（磁場配位、磁場強度、加熱パワー）において得られたスペクトルに対して行い、プラズマへの粒子供給空間分布の放電条件に対する特性の違いを明らかにする予定である。また、連続してペレットを入射する場合、入射の度に背景プラズマの条件が非連続的に変化し、ペレットの進入長および溶発雲内のプラズマパラメータが影響を受けると考えられる。そのような連続的なペレット入射が粒子供給分布および効率にどのような影響を与えるかという点についても主要な研究対象とする。

次年度使用額が生じた理由

観測方法を改良するにあたって、観測ポートの選定と光学設計に時間がかかり、本年度の実験における計測を行うことができなかった。必要な観測ポートの改造は本年度の実験終了を待つ必要があり、次年度に行わざるを得なくなった。また、年度末に予定されていた学会、研究会が軒並み中止または延期となったため、それらに予定していた旅費等の執行は次年度に行う予定である。