プラズマ中のタングステンイオン不純物挙動研究への原子過程からのアプローチ

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23246165
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 村上 泉 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (30290919)
• 研究分担者: 後藤 基志 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00290916) ; 佐々木 明 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (10215709) ; 田沼 肇 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (30244411) ; 鈴木 千尋 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (30321615) ; 坂上 裕之 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40250112) ; 中村 信行 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 准教授 (50361837) ; 加藤 太治 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (60370136)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: プラズマ・核融合 / 原子・分子物理 / 分光計測 / 不純物挙動 / タングステン / プラズマ原子過程

研究概要

タングステンイオンのプラズマ中の挙動と蓄積を分光計測で調べるため、サブタスクごとに研究を推進した。年度末にまとめの会合を行い、研究の到達度、問題点、および今後の展開について検討を行った。
EBIT分光実験では、極端紫外（EUV）領域での観測を進め、新たに26価の孤立した発光線を10nmに発見し、同定を行った。13価についても同定を進めている。ECRイオン源を用いた電荷交換分光実験では、17価のブロードな発光が観測された。
スパッタリング実験では、スパッタされたタングステン励起原子からの可視発光線を計測し、発光強度の標的からの垂直距離依存性から、遷移によって垂直速度が変わるが、入射イオン種にはよらないなどの性質が分かった。水素イオン照射ではタングステン発光線が観測されず、スパッタリングイールドが非常に小さいことを実証した。
理論計算では、GRASPコードによる原子構造計算や、HULLACコードによる原子素過程データ計算と衝突輻射モデルの構築を進め、分光計測との比較によりモデルの検証と改良を進めた。特に、32価前後のイオンでは、内殻励起による4d-4p遷移が6nm付近に見られるUnresolved Transition Arrayの形成に重要なことが分かった。また、電離モデルを発展させ、適用温度領域を広げた。一方、荷電交換電離断面積の理論計算では、タングステンイオンと衝突する水素の同位体効果が低エネルギー衝突で大きく見られることが分かり、実験での断面積計測による検証が待たれる。
プラズマ実験では、中心温度が3keV程度までの様々なプラズマにおけるEUV分光データを蓄積した。多波長同時計測により3nm付近のスペクトルでイオン価数を同定し、EBITで発見された10nmの26価の発光線も検証した。44価、45価の空間分布計測を行い、タングステン輸送解析へ向け、前進した。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Collisions of Be, Fe, Mo and W atoms and ions with hydrogen isotopes: electron capture and electron loss cross sections (2014)
  • 著者名/発表者名: I. Yu Tokstikhina
  • 雑誌名: Journal of Physics B; Atomic, Molecular and Optical Physics 巻: 47 ページ: 035206
  • DOI: 10.1088/0953-4075/47/3/035206
  • 査読あり
• [雑誌論文] EBIT spectroscopy of highly charged heavy ions relevant to hot plasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Nakamura, X.-B. Ding, C.-Z. Dong, H. Hara, D. Kato, F. Koike, I. Murakami, T. Nakano, H. Ohashi, H.A. Sakaue, H. Watanabe, T. Watanabe and N. Yamamoto
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1545 ページ: 64-71
  • DOI: 10.1063/1.4815841
  • 査読あり
• [雑誌論文] Algorithm-based modelling of fractional ion abundance and rates of ionization and recombination for tungsten plasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Sasaki and I. Murakami
  • 雑誌名: J. Phys. B* At. Mol. Opt. Phys. 巻: 46 ページ: 175701 (11pp)
  • DOI: 10.1088/0953-4075/46/17/175701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of visible forbidden lines from highly charged tungsten ions at the large helical device (2013)
  • 著者名/発表者名: D Kato, M Goto, S Morita, I Murakami, H A Sakaue, X B Ding, S Sudo, C Suzuki, N Tamura, N Nakamura, H Watanabe and F Koike
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: T156 ページ: 014081(3pp)
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2013/T156/014081
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic and molecular databases and data evaluation activities at the National Institute for Fusion Science (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Murakami
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 63 ページ: 400-405
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visible transitions of highly charged tungsten ions observed with a compact electron beam ion trap (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Minoshima
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: T156 ページ: 014010
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2013/T156/014010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical spectral analysis of EUV emissions from lanthanide atomic ions in plasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: F. Koike
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: T156 ページ: 014079
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2013/T156/014079
  • 査読あり
• [雑誌論文] Validation of Collisional Radiative Model of High-Z Multiple Charged Ions at NLTE Code Comparison Workshops (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Sasaki
  • 雑誌名: Plasma Fusion Research 巻: 8 ページ: 2401021
  • DOI: 10.1585/pfr.8.2401021
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Study of tungsten spectra using Large Helical Device and Compact Electron Beam Ion Trap in NIFS (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Morita
  • 雑誌名: AIP conference proceedings 巻: 1545 ページ: 143-152
  • DOI: 10.1063/1.4815848
  • 査読あり
• [雑誌論文] 研究最前線 高温プラズマにおける高Z 多価イオンの分光と原子構造 ３．LHDにおける高Z多価イオンのEUV分光 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木千尋
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 89 ページ: 284-288
• [雑誌論文] 研究最前線 高温プラズマにおける高Z多価イオンの分光と原子構造 ４．LHDにおけるタングステンスペクトルの研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森田繁
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 89 ページ: 289-295
• [雑誌論文] 研究最前線 高温プラズマにおける高Z多価イオンの分光と原子構造 ５．LHDにおける高Z多価イオン可視域禁制線の観測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤太治
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 89 ページ: 296-298
• [雑誌論文] 研究最前線 高温プラズマにおける高Z多価イオンの分光と原子構造 ６．EBITにおける高Z多価イオンの生成と分光 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中村信行
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 89 ページ: 299-304
• [雑誌論文] 研究最前線 高温プラズマにおける高Z多価イオンの分光と原子構造 ７．高Z多価イオンの原子構造理論 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小池文博
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 89 ページ: 305-307
• [雑誌論文] 研究最前線「高温プラズマにおける高Z多価イオンの分光と原子構造 ８．高Z多価イオンのモデリングの現状 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐々木明
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 89 ページ: 308-313
• [雑誌論文] 研究最前線 高温プラズマにおける高Z多価イオンの分光と原子構造 ９．タングステンイオンのモデリング (2013)
  • 著者名/発表者名: 村上 泉
  • 雑誌名: プラズマ・核融合学会誌 巻: 89 ページ: 314-317
• [学会発表] タングステン多価イオンの衝突輻射モデル構築と極端紫外スペクトル解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 村上泉
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（平塚市）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] LHDでのタングステン多価イオンM1遷移の観測と電離／再結合係数データ評価II (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤太治
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（平塚市）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] Computational elucidation of line spectra for tungsten ions in Electron-Beam-Ion-Traps and applications to impurity measurements at LHD (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Kato
  • 学会等名: 23rd International Toki Conference on Advanced Physics in Plasma and Fusion Research
  • 発表場所: Toki, Japan
  • 年月日: 20131118-20131121
• [学会発表] CoBIT measurements of tungsten spectra and detailed spectral modeling (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Kato
  • 学会等名: A3 Foresight Program Workshop on Critical Physics Issues Specific to Steady State Sustainment of High-Performance Plasmas
  • 発表場所: Gyeongju, Korea
  • 年月日: 20131104-20131104
  • 招待講演
• [学会発表] イオンビーム照射によるタングステン表面から後方散乱する励起原子の発光分光 (2013)
  • 著者名/発表者名: 酒井康弘
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島市）
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] 小型電子ビームイオントラップを用いたタングステン多価イオンのEUV分光 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小林優介
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島市）
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] EUV光源の最適化のためのレーザープラズマ相互作用の初期過程のモデリングについての考察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐々木明
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学（京田辺市）
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] Atomic and Molecular Data Activities at NIFS in 2011-2013 (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Murakami
  • 学会等名: IAEA Technical Meeting on Technical Aspects of Atomic and Molecular Data Processing and Exchange
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 20130904-20130906
  • 招待講演
• [学会発表] “Observations of EUV spectra from tungsten and lanthanide ions in LHD (2013)
  • 著者名/発表者名: C. Suzuki
  • 学会等名: 11th International Colloquium on Atomic Spectra and Oscillator Strengths for Astrophysical and Laboratory Plasmas
  • 発表場所: Mons, Belgium
  • 年月日: 20130805-20130809
  • 招待講演
• [学会発表] Spectroscopy of highly charged tungsten ions with a compact electron beam ion trap (2013)
  • 著者名/発表者名: H. A. Sakaue
  • 学会等名: 28th International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions
  • 発表場所: Lanzhou, China
  • 年月日: 20130724-20130730
• [学会発表] MCDF calculation and analysis of M1 lines from tungsten ions in LHD and EBIT plasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: F. Koike
  • 学会等名: 28th International Conference on Photonic, ELectronic and Atomic Collisions
  • 発表場所: Lanzhou, China
  • 年月日: 20130724-20130730
• [学会発表] alidation of Fe and W ion spectroscopic models for solar and fusion plasmas and atomic and molecular database at NIFS (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Murakami
  • 学会等名: Japan-Australia Commemorative Workshop
  • 発表場所: Camberra, Australia
  • 年月日: 20130623-20130625
  • 招待講演
• [学会発表] Measurements of visible forbidden lines and ion distributions of tungsten highly charged ions at the LHD (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Kato
  • 学会等名: A3 Foresight Program Workshop on Critical Physics Issues Specific to Steady State Sustainment of High-Performance Plasmas
  • 発表場所: Beijin, China
  • 年月日: 20130519-20130524
  • 招待講演