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2021 年度 実績報告書

シュタルク・ゼーマン効果の高感度計測を利用した磁場閉じ込めプラズマ診断法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21H01054
研究機関京都大学

研究代表者

四竈 泰一  京都大学, 工学研究科, 准教授 (80456152)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード近赤外分光 / 周辺プラズマ / 逆変換 / マイクロ波 / ECH
研究実績の概要

磁場閉じ込め核融合炉の開発では、今後ITERやDEMOをはじめとする強磁場・大電力加熱の実験が中心となり電磁場を利用したプラズマ診断の重要性が高まると考えられる。電磁場を利用した診断は分光ではシュタルク・ゼーマン効果による輝線の波長分裂を用いて行われるが、標準的な可視分光の場合これらの分裂は線幅(ドップラー広がりと分光器装置幅)に隠されてしまい精密計測が難しい。そこで本研究ではシュタルク・ゼーマン効果とドップラー効果、装置幅の波長依存性の違いに着目し(前者は2乗、後者は1乗以下に比例)近赤外分光を使ってシュタルク・ゼーマン効果を高感度で計測する。また、この結果得られる精密な電磁場情報を利用することで2種類のプラズマ診断を実現する。

【課題1】「ゼーマン効果の高感度計測による原子輝線スペクトル空間分解法」:分光計測される原子輝線スペクトルが視線上の発光位置ごとに異なる大きさのゼーマン効果を受けることを利用し、視線積分スペクトルを局所スペクトルへ分解する手法を開発する。【課題2】「ACシュタルク効果の高感度計測によるマイクロ波電場ベクトル診断法」:ジャイロトロンから放射されるコヒーレントマイクロ波中でドレスト状態となった水素原子の輝線スペクトルを分光計測し、スペクトル中心・サブピークの形状解析からマイクロ波電場を求める。

2021年度は【課題1】を実施した。(1) 近赤外分光システムを開発した。超伝導コイル内に設置したグロー放電管を用いて最大3 Tの磁場下での水素、ヘリウム原子輝線スペクトルを計測し、ゼーマン効果によるスペクトル形状変化を観測できることを確認した。(2) ヘリオトロンJ装置を用いて実験を行った。#10.5Oポートに視線を設置し、重水素およびヘリウム原子輝線スペクトルを計測した。後者については計算値と実験値を比較しスペクトル空間分布を推定した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究計画で2021年度に予定していた下記(1)-(3)の課題を完了し、さらに2022年度以降に予定していた(4)、(5)の課題も実施したため。

(1)高スループット・高波長分解の近赤外分光システム開発、(2)超伝導コイル内に設置したグロー放電管を用いた分光システムの動作検証、(3)近赤外分光システムのヘリオトロンJ装置への移設、(4)ヘリオトロンJ装置での重水素、ヘリウム原子輝線スペクトルの計測、(5)ゼーマン効果を利用した輝線スペクトルの空間分解(ヘリウム原子23S-23P輝線のみ)。

今後の研究の推進方策

2022年度は当初研究計画に沿って【課題2】を実施し、並行して【課題1】の解析を継続する。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 表面分析と分光計測によって明らかになった 水素原子分子の炉内分布と輸送2022

    • 著者名/発表者名
      花田和明,四竈泰一,藤井恵介,KUZMIN Arseniy,米田奈生,蓮尾昌裕,後藤基志,小林政弘
    • 雑誌名

      プラズマ・核融合学会誌

      巻: 98 ページ: 20-32

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Toroidal flow measurements of impurity ions in QUEST ECH plasmas using multiple viewing chords emission spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Yoneda N.、Shikama T.、Hanada K.、Mori S.、Onchi T.、Kuroda K.、Hasuo M.、Ejiri A.、Matsuzaki K.、Osawa Y.、Peng Y.、Kawamata Y.、Sakamoto S.、Idei H.、Ido T.、Nakamura K.、Nagashima Y.、Ikezoe R.、Hasegawa M.、Higashijima A.、Nagata T.、Shimabukuro S.
    • 雑誌名

      Nuclear Materials and Energy

      巻: 26 ページ: 100905~100905

    • DOI

      10.1016/j.nme.2021.100905

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Investigation of radial distribution of atomic hydrogen flux to the plasma facing components in steady state discharges in QUEST tokamak2021

    • 著者名/発表者名
      Kuzmin A.、Kobayashi M.、Hanada K.、Idei H.、Onchi T.、Mori S.、Yoneda N.、Shikama T.、Hasuo M.、Ido T.、Nagashima Y.、Ikezoe R.、Hasegawa M.、Kuroda K.、Kono K.、Matsuo S.、Nagata T.、Shimabukuro S.、Higashijima A.、Niiya I.、Zushi H.
    • 雑誌名

      Nuclear Materials and Energy

      巻: 26 ページ: 100872~100872

    • DOI

      10.1016/j.nme.2020.100872

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ro-vibrational population distribution in the ground state of hydrogen isotopologues in LHD peripheral plasmas deduced from emission spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Ishihara Hiroki、Kuzmin Arseniy、Kobayashi Masahiro、Shikama Taiichi、Sawada Keiji、Saito Seiki、Nakamura Hiroaki、Fujii Keisuke、Hasuo Masahiro
    • 雑誌名

      Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer

      巻: 267 ページ: 107592~107592

    • DOI

      10.1016/j.jqsrt.2021.107592

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Overview of recent progress on steady state operation of all-metal plasma facing wall device QUEST2021

    • 著者名/発表者名
      Hanada K.、Yoshida N.、Hasegawa M.、Oya M.、Oya Y.、Takagi I.、Hatayama A.、Shikama T.、Idei H.、Nagashima Y.、Ikezoe R.、Onchi T.、Kuroda K.、Kawasaki S.、Higashijima A.、Nagata T.、Shimabukuro S.、Nakamura K.、Murakami S.、Takase Y.、Gao X.、Liu H.、Qian J.
    • 雑誌名

      Nuclear Materials and Energy

      巻: 27 ページ: 101013~101013

    • DOI

      10.1016/j.nme.2021.101013

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Near-infrared Stokes spectropolarimetry as a novel local measurement method of atomic line emission in SOL and divertor plasmas2021

    • 著者名/発表者名
      T. Shikama, S. Kado, Y. Ueno, T. Chatani, H. Kawazome, T. Minami, et al.
    • 学会等名
      AAPPS-DPP2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of a near-infrared Stokes spectropolarimetry system for the spatially resolved measurements of atomic emissivity and velocity distribution in the scrape-off-layer of Heliotron J2021

    • 著者名/発表者名
      T. Shikama, S. Kado, Y. Ueno, T. Chatani, H. Kawazome, T. Minami, et al.
    • 学会等名
      ITC30
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ヘリウム原子輝線のゼーマン効果高感度計測を利用した分光と輸送計算の局所比較2021

    • 著者名/発表者名
      茶谷智樹, 四竈泰一, 上野陽平, 門信一郎, 川染勇人, 南貴司, et al.
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋期大会 2021
  • [学会発表] プラズマ対向壁近傍の水素分子d3Π準位回転温度に影響を与える素過程の検討2021

    • 著者名/発表者名
      米田奈生, 四竈泰一, F. Scotti, 花田和明, R. E. Bell, A. Maan, et al.
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋期大会 2021
  • [学会発表] QUESTにおけるネオントロイダルECRプラズマの多視線可視分光計測2021

    • 著者名/発表者名
      井口拓己, 四竈泰一, 小宮山拓海, 福本正勝, 花田和明, 恩地拓己, et al.
    • 学会等名
      第38回 プラズマ・核融合学会 年会 2021
  • [備考] 京都大学大学院工学研究科機械理工学専攻 光工学研究室

    • URL

      http://oel.me.kyoto-u.ac.jp/

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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