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2022 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。

2022年度は、ヘリオトロンJ装置を用いて課題1、2の研究を進めた。【課題1】1視線で計測したヘリウム原子の視線積分スペクトルを原子輸送計算を用いて再構成し、視線上のスペクトル空間分布推定に成功した。成果は論文発表し、プレスリリースを行った。【課題2】マイクロ波と交差する視線で重水素原子スペクトルを計測し、ACシュタルク効果の可能性がある信号を得た。S/Nが不十分だったため次年度にS/Nを向上させた再実験を行う計画である。

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

課題1、2ともに、研究計画で2022年度までに予定していた項目の実施を完了しており、課題2については、2023年度に予定していた実験を前倒しして実施できたため。

今後の研究の推進方策

2023年度は最終年度であり、【課題1】については、輝線の種類および放電・計測条件を変えた実験を行ってデータ量を増やすとともに解析を継続する。【課題2】については、スペクトルS/Nを向上した再実験を行い、成果を得ることを目指す。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Atomic and ionic hydrogen flux probe for quantitative in-situ monitoring of hydrogen recycling2023

    • 著者名/発表者名
      Kuzmin A.、Miura K.、Kobayashi M.、Hanada K.、Fujii K.、Shikama T.、Hasuo M.、Zushi H.
    • 雑誌名

      Fusion Engineering and Design

      巻: 189 ページ: 113462~113462

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2023.113462

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Near-infrared Stokes spectropolarimetry of fusion-related toroidal plasmas2022

    • 著者名/発表者名
      Shikama Taiichi
    • 雑誌名

      Reviews of Modern Plasma Physics

      巻: 6 ページ: 39

    • DOI

      10.1007/s41614-022-00098-w

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spatially resolved measurement of helium atom emission line spectrum in scrape-off layer of Heliotron J by near-infrared Stokes spectropolarimetry2022

    • 著者名/発表者名
      Chatani Tomoki、Shikama Taiichi、Ueno Yohei、Kado Shinichiro、Kawazome Hayato、Minami Takashi、Matoike Ryota、Murakumo Minato、Kobayashi Shinji、Ohshima Shinsuke、Iwata Akihiro、Oishi Tetsutaro、Ishizawa Akihiro、Nakamura Yuji、Okada Hiroyuki、Konoshima Shigeru、Mizuuchi Tohru、Nagasaki Kazunobu、Hasuo Masahiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: 15567

    • DOI

      10.1038/s41598-022-19747-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Measurement of <b>Pa</b><sub><i>α</i></sub> line from pellet ablation cloud in Heliotron J2022

    • 著者名/発表者名
      Iwata A.、Kado S.、Murakumo M.、Shikama T.、Motojima G.、Mori A.、Feng C.、Okada H.、Minami T.、Ohshima S.、Kobayashi S.、Ishizawa A.、Nakamura Y.、Konoshima S.、Mizuuchi T.、Nagasaki K.
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 93 ページ: 113537~113537

    • DOI

      10.1063/5.0101885

    • 査読あり
  • [雑誌論文] All-optical thermometry using a single multimode fiber endoscope and diamond nanoparticles containing nitrogen vacancy centers2022

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Lisa、Shikama Taiichi、Kakuno Takayuki、Watanabe Takato、Jouda Mazin、Hasuo Masahiro
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 93 ページ: 083705~083705

    • DOI

      10.1063/5.0102531

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] へリオトロンJ 中水素ペレット溶発プラズマのパッシェンα線ゼーマン効果計測2023

    • 著者名/発表者名
      村雲南斗, 四竈泰一, 門信一郎, 大島慎介, 鈴木琢土, 茶谷智樹, et al.
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
  • [学会発表] 磁場閉じ込めプラズマからの近赤外輝線に対する空間ヘテロダイン分光法の開発2023

    • 著者名/発表者名
      M. Xu, 四竃泰一, 村雲南斗, 門信一郎, 蓮尾昌裕
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
  • [学会発表] Spectroscopic measurement of a compact helium ECR discharge produced in a simple cusp field2022

    • 著者名/発表者名
      T. Shikama, T. Komiyama, M. Oki and M. Hasuo
    • 学会等名
      75th APS GEC Sendai, Japan 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a polarization-resolved spatial heterodyne spectrometer for high wavelength resolution and high throughput measurement of near-infrared atomic emission lines in magnetically confined toroidal plasmas2022

    • 著者名/発表者名
      M. Xu, T. Shikama, M. Murakumo, S. Kado and M. Hasuo
    • 学会等名
      75th APS GEC Sendai, Japan 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] へリオトロンJ 中水素ペレット溶発プラズマのパッシェンα線ゼーマン効果計測2022

    • 著者名/発表者名
      村雲南斗, 四竈泰一, 茶谷智樹, 門信一郎, 大島慎介, 鈴木琢土, et al.
    • 学会等名
      日本物理学会 2022年秋季大会
  • [学会発表] 小型カスプ磁場配位ECR放電装置におけるヘリウムプラズマの多視線分光計測2022

    • 著者名/発表者名
      小宮山拓海, 四竈泰一, 大木幹也, 蓮尾昌裕
    • 学会等名
      日本物理学会 2022年秋季大会
  • [学会発表] QUESTの電子温度・密度分布計測におけるHe I線強度比法とトムソン散乱法の比較2022

    • 著者名/発表者名
      小宮山拓海, 四竈泰一, 花田和明, 井戸毅, 恩地拓己, 河野香, et al.
    • 学会等名
      核融合科学研究所 「原子分子過程研究の最先端と先進的プラズマ分光計測」「原子分子データ応用フォーラムセミナー」合同研究会
  • [備考] 京都大学プレスリリース

    • URL

      https://www.t.kyoto-u.ac.jp/ja/research/topics/k6l1jw

  • [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/

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公開日: 2023-12-25  

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