複合ガス入射による非接触プラズマ挙動の理解と制御

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K03790
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 江角 直道 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (20321432)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 非接触プラズマ / プラズマ-ガス相互作用 / ダイバータ / 原子分子過程 / 分子活性化再結合 / 窒素 / 水素 / ターゲット形状

研究実績の概要

GAMMA10/PDXダイバータ模擬実験モジュールへの水素ガス入射時の水素バルマー線空間分布の変化に注目して、分岐光学系を備えた高速度カメラを試用して、複数波長の空間分布を同時観測し、水素ガス入射時の水素バルマー線空間分布の変化に注目して水素ガスと窒素、ネオン等の重畳入射実験を行った。また、非接触プラズマ形成過程のV字ターゲット角度による差異を調べた。
ガス重畳入射実験では、D-module入口とV字ターゲットコーナー付近から少量の窒素、 ネオン、水素のいずれかを入射しながら、入口付近から水素ガスを追加入射させた。このときV字ターゲットコーナー近くの静電プローブで計測されたイオン粒子束は、窒素入射時に最も低下したが、ネオンは水素入射時と同程度の変化を示した。解離性付着過程に起因する水素分子活性化再結合 (H-MAR）と相関のあるHα線とHβ線の強度比は、ネオン重畳の場合には水素のみの入射時と同傾向の強度比の上昇が見られ、ネオンは非接触過程やH-MARに与える影響は小さいことが示された。一方、窒素重畳の場合には、そのような強度比の上昇は観測されず、窒素分子活性化再結合（N-MAR）の反応生生物のひとつであるNHラジカルの発光スペクトルや質量分析器ではNH3が観測されたこと等から、窒素重畳時には、支配的な再結合反応過程がH-MARからN-MARへ置き換わっていることを明らかにした。
また、バルマーHα線とHβ線の空間分布を同時観測することで、ターゲット角度が広い場合に比べて、角度が狭い場合はこれら２波長の強度比の高い領域が上流側へシフトするのが確認された。これはH-MAR反応が強く起きている領域がターゲット角度を狭くすることにより上流側に移動したためと考えられる。また、ターゲットコーナー部では、電子密度の低下している領域が小角度になると上流へ拡大することも示唆する結果を得た。

研究成果

• [国際共同研究] General Atomics/UCSD(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: General Atomics/UCSD
• [雑誌論文] Sensitivity improvement of infrared imaging video bolometer for divertor plasma measurement (2021)
  • 著者名/発表者名: Mukai K.、Peterson B. J.、Ezumi N.、Shigematsu N.、Ohshima S.、Miyashita A.、Matoike R.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 92 ページ: 063521-1～-5
  • DOI: 10.1063/5.0043664
  • 査読あり
• [学会発表] Observation of nitrogen assisted/associated recombination in divertor relevant hydrogen plasma of GAMMA 10/PDX (2022)
  • 著者名/発表者名: N. Ezumi, H. Gamo, T. Sugiyama, A. Kondo, N. Shigematsu, T. Seto, T. Okamoto, K. Takanashi, S. Takahashi, S. Togo, M. Hirata, J. Kohagura, M. Yoshikawa, Y. Nakashima, M. Sakamoto, S. Masuzaki
  • 学会等名: ISPlasma2022 / IC-PLANTS2022
  • 国際学会
• [学会発表] Plasma Detachment in GAMMA 10/PDX Tandem Mirror: Role of Molecule Gases and Target Configuration (2021)
  • 著者名/発表者名: N. EZUMI, T. SUGIYAMA, H. GAMO, Y. TAKAMI, T. IIJIMA, K. NOJIRI, T. HARA, Y. ANDO, A. KONDO, M. HIRATA, J. KOHAGURA, M. YOSHIKAWA, Y. NAKASHIMA, M. SAKAMOTO, R. PERILLO, H.Y. GUO, T. KUWABARA, H. TANAKA, N. OHNO, K. SAWADA, A. TONEGAWA, S. MASUZAKI
  • 学会等名: 28th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of Nitrogen and Neon on Plasma Detachment during Combined Seeding with Hydrogen on Divertor Simulation Experiment of GAMMA 10/PDX (2021)
  • 著者名/発表者名: N. Ezumi, H. Gamo, T. Sugiyama, A. Kondo, S. Togo, M. Hirata, J. Kohagura, M. Yoshikawa, Y. Nakashima, M. Sakamoto, R. Perillo, N. Ohno, K. Sawada, S. Kado, S. Masuzaki
  • 学会等名: 30th ITPA-DivSOL meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Divertor simulation experiment in the open magnetic field of GAMMA 10/PDX: effect of nitrogen seeding on plasma detachment (2021)
  • 著者名/発表者名: N. Ezumi, H. Gamo, T. Sugiyama, A. Kondo, S. Togo, M. Hirata, J. Kohagura, M. Yoshikawa, Y. Nakashima, M. Sakamoto, R. Perillo, N. Ohno, K. Sawada, S. Masuzaki
  • 学会等名: International Mini-Workshop on Open Magnetic Systems for Plasma Confinement (OS2021)
  • 国際学会
• [学会発表] GAMMA 10/PDXにおけるV字ターゲット角度によるダイバータ模擬プラズマへの影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 杉山吏作，江角直道，蒲生宙樹，近藤綾音，重松直希，瀬戸拓実，平田真史，小波蔵純子，吉川正志，中嶋洋輔，皇甫度均，東郷訓，坂本瑞樹，桑原 弥，田中宏彦，大野哲靖，澤田圭司，利根川昭，増﨑貴，河村学思
  • 学会等名: 第38回プラズマ・核融合学会 年会
• [学会発表] GAMMA 10/PDXダイバータ模擬実験における水素ガスと窒素及びネオンガスとの重畳入射が非接触プラズマ形成へ及ぼす影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 蒲生宙樹，江角 直道，杉山吏作, 近藤綾音, 重松直希, 瀬戸拓実, 東郷訓, 平田真史, 小波蔵純子, 吉川正志, 皇甫度均, 中嶋洋輔, 坂本瑞樹, R. Perillo, 桑原竜弥, 田中宏彦, 大野哲靖, 澤田圭司, 利根川昭, 増崎貴
  • 学会等名: 第38回プラズマ・核融合学会 年会
• [学会発表] GAMMA 10/PDXにおけるイメージングボロメータ計測の高感度化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 重松直希，向井清史，江角直道，坂本瑞樹，東郷訓，平田真史，蒲生宙樹，杉山吏作，近藤綾音，瀬戸拓実
  • 学会等名: 第38回プラズマ・核融合学会 年会
• [学会発表] プラズマ-ガス複合系の物理 ~ 再結合過程を中心に ~ (2021)
  • 著者名/発表者名: 江角直道
  • 学会等名: 第25回プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部大会
  • 招待講演
• [備考] 筑波大学プラズマ研究センターHP
  • URL: https://www.prc.tsukuba.ac.jp