次世代核融合実験のための高原子番号不純物スペクトルの観測とモデリング

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23340183
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 森田 繁 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (80174423)
• 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)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: プラズマ核融合 / プラズマ計測 / プラズマ分光 / 原子分子物理 / 磁気双極子禁制線 / タングステン

研究実績の概要

ITERではトリチウム蓄積回避や高熱流束対応等の理由によりタングステンを使用する．ITERでの核燃焼定常実験を成功させるためにはタングステンの挙動を把握することが死活的に重要となる．そこで，プラズマ分光診断に必要なタングステンに関する基礎データを取得するため，大型ヘリカル装置（LHD）と付属する分光計測機器を用いて可視からX線に至るスペクトル線を観測し，複雑なタングステンスペクトルの構造を解明する．同時にスペクトル線強度に関するモデリングと不純物診断法の開発を行う．平成27年度は残念ながら研究所の都合によりLHD実験を中止した．従って実験データを更新することができなかったので，これまで得られていたデータの解析に，より力を注いだ．結果として，低価数のタングステンの解析が進み，比較的長い波長領域（500-1500Å）で，予想外に低価数タングステンスペクトルが強い放射強度をもって放出されていることを発見した．成果を原子スペクトル分野では世界的に有名なPhysica Scripta誌に公表した（T.Oishi, S.Morita et al., Phys. Scr. 91(2016)025602）．成果はITERでの周辺プラズマに存在するタングステンスペクトル計測とタングステン流入束の評価に大いに役立つ．更に，データ解析をより定量的に進めるために，日本・中国の分光及び原子分子研究者が集まり，上海・東華大学で「タングステンワークショップ」を開催した（平成27年9月24－25日）．核融合研究における現状のタングステン計測に関する問題点と課題を共有することができ，また，これを契機として，新たな共同研究をLHD・トカマク装置とEBIT装置の間で開始した．また，中国・EAST装置でのEUV分光器の設置を完了し多くのデータを取得すると共に，タングステン不純物抑制法に関する知見を得た．

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 等離子体物理研究所/西南物理研究所/華中科技大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 等離子体物理研究所/西南物理研究所/華中科技大学
• [雑誌論文] Estimation of Partial Carbon Radiation at Each Ionization Stage of C2+ to C5+ Ions in Large Helical Device (2016)
  • 著者名/発表者名: H.M.Zhang, S.Morita, T.Oishi, M.Kobayashi, M.Goto, X.L.Huang
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 11 ページ: 2402019-1-5
  • DOI: doi: 10.1585/pfr.10.3402038
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Intensity ratio among Ne-like FeXVII n=3-2 transitions (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Morita, X. Huang, T. Oishi, I. Murakami, H. Zhang, M. Goto
  • 雑誌名: NIFS-PROC 巻: 99 ページ: 1-5
• [雑誌論文] Spatial profile measurement and analysis of EUV impurity spectra in HL-2A tokamak (2016)
  • 著者名/発表者名: C.F. Dong, Z.Y. Cui, H.Y. Zhou, S. Morita, P. Sun, B.Z. Fu, P. Lu, Y. Huang, X.T. Ding, Q.W. Yang and X.R. Duan
  • 雑誌名: NIFS-PROC 巻: 99 ページ: 30-35
  • 国際共著
• [雑誌論文] Observation of WIV-WVII line emissions in wavelength range of 495-1475Å in the Large Helical Device (2016)
  • 著者名/発表者名: T.Oishi, S.Morita, X.L.Huang, H.M.Zhang and M.Goto
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: 91 ページ: 025602-1-16
  • DOI: doi:10.1088/0031-8949/91/2/025602
  • 査読あり
• [雑誌論文] UV-visible M1 line emission from highly charged tungsten ions in LHD plasmas (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Kato, H.A. Sakaue, I. Murakami, M. Goto, T. Oishi, N. Tamura, C. Suzuki, S. Morita, N. Nakamura, A. Sasaki, F. Koike, X.B. Ding, and C.Z. Dong
  • 雑誌名: NIFS-PROC 巻: 99 ページ: 100-108
• [雑誌論文] EUV spectrum of highly charged tungsten ions in Electron Beam Ion Trap (2016)
  • 著者名/発表者名: H.A. Sakaue, D. Kato, I. Murakami, and N. Nakamura
  • 雑誌名: NIFS-PROC 巻: 99 ページ: 94-99
• [雑誌論文] Line Spectrum and Ion Temperature of Tungsten Ions at Low Ionization Stages in Large Helical Device Measured Using VUV Spectroscopy in Wavelength Range of 500-2200A (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Oishi, S. Morita, X. L. Huang, H. M. Zhang, M. Goto
  • 雑誌名: NIFS-PROC 巻: 99 ページ: 26-29
• [雑誌論文] Effect of neutral hydrogen on edge impurity behavior in stochastic magnetic field layer of Large Helical Device (2015)
  • 著者名/発表者名: S.Morita, M.Kobayashi, T.Oishi, H.M.Zhang, M.Goto, Z.Y.Cui, C.F.Dong, L.Q.Hu, X.L.Huang, G.Kawamura, S.Masuzaki, I.Murakami, E.H.Wang
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 463 ページ: 644-648
  • DOI: doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.12.055
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Study of carbon transport in the scrape-off layer of HL-2A with impurity sources located at limiter, dome and divertor (2015)
  • 著者名/発表者名: Z.Y.Cui, S.Morita, M.Kobayashi, X.T.Ding, X.Q.Ji, J.Cheng, C.F.Dong, P.Sun, K.Zhang, H.Y.Zhou, R.Mao, L.Nie, Z.B.Shi, Y.G.Li, B.Z.Fu, P.Lu, Y.Xu, L.W.Yan, Q.W.Yang and X.R.Duan
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 55 ページ: 093034-1-13
  • DOI: doi:10.1088/0029-5515/55/9/093034
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A fast-time-response extreme ultraviolet spectrometer for measurement of impurity line emissions in the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (2015)
  • 著者名/発表者名: L.Zhang, S.Morita, Z.Xu, Z.W.Wu, P.F.Zhang, C.R.Wu, W.Gao, T.Oishi, M.Goto, J.S.Shen, Y.J.Chen, X.Liu, Y.M.Wang, C.F.Dong, H.M.Zhang, X.L.Huang, X.Z.Gong, L.Q.Hu, J.L.Chen, X.D.Zhang, B.N.Wan and J.G.Li
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 86 ページ: 123509-1-10
  • DOI: doi.org/10.1063/1.4937723
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Performance improvement of two-dimensional EUV spectroscopy based on high-frame-rate CCD and signal normalization method in Large Helical Device (2015)
  • 著者名/発表者名: Hongming Zhang, Shigeru Morita, Tetsutarou Oishi, Motoshi Goto and Xianli Huang
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 ページ: 086101-1-15
  • DOI: doi.org/10.7567/JJAP.54.086101
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evaluation of Zeff profile in low-density and high-Ti discharges with carbon pellet injection based on space-resolved EUV spectroscopy in LHD (2015)
  • 著者名/発表者名: X.L.Huang, S.Morita, T.Oishi, M.Goto, H.M.Zhang
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 10 ページ: 3402036-1-4
  • DOI: doi: 10.1585/pfr.10.3402036
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of poloidal distribution from edge impurity emissions measured at different toroidal positions in Large Helical Device (2015)
  • 著者名/発表者名: H.M.Zhang, S.Morita, T.Oishi, M.Kobayashi, M.Goto, X.L.Huang
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 10 ページ: 3402038-1-5
  • DOI: doi: 10.1585/pfr.11.2402019
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrogen Atomic and Molecular Emission Locations and Intensities in the LHD Edge Plasma Determined from Simultaneously Observed Polarization Spectra (2015)
  • 著者名/発表者名: K.Fuji, K.Sawada, M.Goto, S.Morita and M.Hasuo
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 10 ページ: 3402041-1-5
  • DOI: doi: 10.1585/pfr.10.3402041
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visible Emission Spectroscopy of Highly Charged Tungsten Ions in LHD I: Survey of new visible emission lines (2015)
  • 著者名/発表者名: M.Shinohara, K. Fujii, D. Kato, N. Nakamura, M. Goto, S. Morita and M. Hasuo
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: 90 ページ: 125402-1-10
  • DOI: doi:10.1088/0031-8949/90/12/125402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visible Emission Spectroscopy of Highly Charged Tungsten Ions in LHD II: Evaluation of Tungsten Ion Temperature (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Fujii, Y. Takahashi, Y. Nakai, D. Kato, M. Goto, S. Morita and M. Hasuo
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: 90 ページ: 125403-1-7
  • DOI: doi:10.1088/0031-8949/90/12/125403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of neutral hydrogen transport in LHD core plasmas based on high dynamic-range Balmer-alpha spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: K.Fujii, M.Goto and S.Morita
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 55 ページ: 063029-1-9
  • DOI: doi:10.1088/0029-5515/55/6/063029
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3D effects of edge magnetic field configuration on divertor/scrape-off layer transport and optimization possibilities for a future reactor (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Xu, K. Ida, Y. Corre, Y. Feng, O. Schmitz, H. Frerichs, F.L. Tabares, T.E. Evans, J.W. Coenen, Y. Liang, A. Bader, K. Itoh, H. Yamada, Ph. Ghendrih, G. Ciraolo, D. Tafalla, A. Lopez-Fraguas, H.Y. Guo, Z.Y. Cui, D. Reiter, N. Asakura, U. Wenzel, S. Morita, N. Ohno, B.J. Peterson and S. Masuzaki
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 55 ページ: 104021-1-22
  • DOI: doi:10.1088/0029-5515/55/10/104021
• [雑誌論文] Impact of 3D magnetic field structure on boundary and divertor plasmas in stellarator/heliotron devices (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Feng, Y. Xu, F.L. Tabares, K. Ida, O. Schmitz, T.E. Evans, H. Frerichs, Y. Liang, A. Bader, K. Itoh, H. Yamada, Ph. Ghendrih, G. Ciraolo, D. Tafalla, A. Lopez-Fraguas, H.Y. Guo, Z.Y. Cui, D. Reiter, N. Asakura, U. Wenzel, S. Morita, N. Ohno, B.J. Peterson and S. Masuzaki
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Materials 巻: 463 ページ: 2-10
  • DOI: doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.01.011
• [雑誌論文] Line spectrum of tungsten ions at low ionization stages in Large Helical Device in wavelength range of 300-2400A measured using 20cm normal incidence VUV spectrometers (2015)
  • 著者名/発表者名: T.Oishi, S.Morita, X.L.Huang, H.M.Zhang, M.Goto
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 10 ページ: 3402031-1-4
  • DOI: doi: 10.1585/pfr.10.3402031
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of quantitative atomic modeling for tungsten transport study using LHD plasmas with tungsten pellet injection (2015)
  • 著者名/発表者名: I.Murakami, H.A.Sakaue, C.Suzuki, D.Kato, M.Goto, N.Tamura, S.Sudo and S.Morita
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 55 ページ: 093016-1-9
  • DOI: doi:10.1088/0029-5515/55/9/093016
  • 査読あり
• [学会発表] Impurity transport analysis of LHD plasmas with hollow density profile using Fe n=3-2 Lα transition array (2016)
  • 著者名/発表者名: X.L. Huang, S. Morita, T. Ohishi, I. Murakami, M. Goto, H.M. Zhang and Y.Liu
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] 2-D distribution of CIII-CVI emissions in detached plasmas of LHD (2016)
  • 著者名/発表者名: H.M.Zhang, S.Morita, T. Oishi, M. Kobayashi, M. Goto, X.L.Huang and Y.Liu
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] Study of temporal behavior and spatial distribution of tungsten ions based on EUV spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Liu, S. Morita, T. Ohishi, I. Murakami, M. Goto, X.L. Huang and H.M. Zhang
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] LHDのエルゴディック層における炭素不純物のフローと不純物遮蔽効果の相関 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大石鉄太郎，森田繁，黄賢礼，後藤基志，張洪明
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] LHDのエルゴディック層における炭素不純物の発光強度・イオン温度・フロー速度の空間分布 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大石鉄太郎，森田繁，黄賢礼，張洪明，後藤基志
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] Status of A3 Foresight Collaboration among China, Japan and Korea on Critical Physics Issues Specific to Steady State Sustainment of High-Performance Plasmas (2015)
  • 著者名/発表者名: Shigeru MORITA, Liqun HU and Yeong-Kook OH
  • 学会等名: 10th Asia Plasma and Fusion Association Conference
  • 発表場所: Gandhinagar, India
  • 年月日: 2015-12-14 – 2015-12-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Observation of Up-Down Asymmetry in Impurity Line Emissions from the Ergodic Layer of Large Helical Device (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Oishi, S. Morita, X. L. Huang, H. M. Zhang, M. Goto
  • 学会等名: 10th Asia Plasma and Fusion Association Conference
  • 発表場所: Gandhinagar, India.
  • 年月日: 2015-12-14 – 2015-12-18
  • 国際学会
• [学会発表] Estimation of partial carbon radiation at each ionization stage of C2+ to C5+ ions in Large Helical Device (2015)
  • 著者名/発表者名: H. M. Zhang, S. Morita, T. Oishi, I. Murakami, X. L. Huang and M. Goto
  • 学会等名: 25th International Toki Conference
  • 発表場所: Toki, Japan
  • 年月日: 2015-11-03 – 2015-11-06
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of carbon impurity flows in the ergodic layer of LHD using a space‐resolved 3 m normal incidence VUV spectrometer (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Oishi, S. Morita, S.Y. Dai, M. Kobayashi, G. Kawamura, X.L. Huang, H.M. Zhang, M. Goto
  • 学会等名: International Stellarator Heliotron Workshop
  • 発表場所: Greifswald, Germany
  • 年月日: 2015-10-05 – 2015-10-09
  • 国際学会
• [学会発表] LHDでの４４価および４５価タングステンイオンスペクトルを用いたタングステン密度計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森田繁，黄賢礼，村上泉，大石鉄太郎，後藤基志，張洪明
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] Analysis of charge dependence of impurity transport using radial profiles of Fe n=3-2 Lα transition array measured in LHD (2015)
  • 著者名/発表者名: X.L. Huang, S. Morita, T. Ohishi, I. Murakami, M. Goto and H.M. Zhang
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] Study of carbon impurity radiation at each ionization stage in detached plasmas of LHD (2015)
  • 著者名/発表者名: H. M. Zhang, S. Morita, T. Ohishi, M. Kobayashi, M. Goto and X. L. Huang
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] LHDのエルゴディック層における炭素不純物のフローとイオン温度の空間分布 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大石鉄太郎，森田繁，黄賢礼，後藤基志，張洪明
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] Impurity transport study based on radial profile analysis of Fe Lα array with n=3-2 transitions of FeXVII to FeXXIV in LHD (2015)
  • 著者名/発表者名: Xianli Huang, Shigeru Morita, Tetsutarou Oishi, Motoshi Goto, Hongming Zhang and Izumi Murakami
  • 学会等名: 42nd EPS Conference on Plasma Physics
  • 発表場所: Lisbon, Portugal
  • 年月日: 2015-06-22 – 2015-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Correlation study between two-dimensional impurity distribution and edge magnetic structure in Large Helical Device (2015)
  • 著者名/発表者名: H.M. Zhang, S. Morita, T. Ohishi, X.L. Huang, Y.Narushima, M. Goto and M. Kobayashi
  • 学会等名: 42nd EPS Conference on Plasma Physics
  • 発表場所: Lisbon, Portugal
  • 年月日: 2015-06-22 – 2015-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of asymmetric radial profile of tungsten ions in low ionization stages located in edge plasmas of Large Helical Device (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Oishi, S. Morita, X. L. Huang, H. M. Zhang and M. Goto
  • 学会等名: 42nd EPS Conference on Plasma Physics
  • 発表場所: Lisbon, Portugal
  • 年月日: 2015-06-22 – 2015-06-26
  • 国際学会
• [学会・シンポジウム開催] Tungsten workshop (2015)
  • 発表場所: 中国・上海・東華大学
  • 年月日: 2015-09-24 – 2015-09-25