高効率多チャンネル重イオン検出器の開発による電場形成とプラズマ乱流の研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24561031
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 井戸 毅 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (50332185)
• 研究分担者: 清水 昭博 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (00390633)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: プラズマ計測 / 電位計測 / 重イオンビームプローブ / イオンビーム検出器

研究実績の概要

HIBPの信号強度の増加を目指して、検出器の高効率化及び負イオン源の高出力化開発を進めた。
昨年度に引き続き、プラスチックシンチレータを用いた検出器の開発を進めた。本年度は、HIBPに使用するために必要な位置検出が出来る検出器の開発を進めた。シンチレータとライトガイドを組にし、それを複数配置することにより、位置検出を試みた。シンチレータ間にマイラフィルムまたはアルミフィルムを入れて、クロストークの低減を図った。しかし、結果としてクロストークを十分に低減させることはできなかった。これは、真空容器チェンバー内での反射を含めた、迷光対策が不十分であったことによる。対策には計測器本体の改造も必要となるため、今回は断念し、位置検出が必要無い密度揺動計測用検出器として利用することとした。
イオン源の高出力化に関しては、スパッタ用のプラズマ生成用フィラメントの改良(形状、線径、数）とフィラメント電流の増力を行い、従来の2倍の出力を安定に得ることが出来た。この改良により、従来測定できなかった電子密度1.5×10^19 (m^-3)を超えるプラズマにおいて電位分布の計測が可能となった。特に、運動量入射を伴わないイオンサイクロトロン加熱プラズマにおける電場分布の計測結果は、新古典両極性条件による電場予測の妥当性の検証に寄与すると考えられる。
また、プローブビーム電流量が増加したことにより、0.5×10^19 (m^-3)以下の低密度プラズマを対象にした場合には広帯域に広がる乱流と考えられる密度揺動が検出されるようになった。この密度揺動は小半径の広い領域に存在しており、それらの低減と共に密度の急激な上昇が観測された。揺動の特性、低減機構の解明が今後必要である。
高速依存励起GAMの同定及び特性の理解を進めるための実験も引き続き行い、その結果をまとめ、Nuclear Fusion誌に投稿した。

研究成果

• [雑誌論文] 2D potential measurements by applying automatic beam adjustment system to heavy ion beam probe diagnostic on the Large Helical Device (2014)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, A., Ido, T., Kurachi, M., Makino, R., Nishiura, M., Kato, S., Nishizawa, A., Hamada, Y.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 85 ページ: 11D853
  • DOI: 10.1063/1.4891975
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Indication of bulk-ion heating by energetic particle driven Geodesic Acoustic Modes on LHD (2014)
  • 著者名/発表者名: Osakabe, M., Ido, T., Ogawa, K., Shimizu, A., Yokoyama, M., Seki, R., Suzuki, C., Isobe, M., Toi, K., Spong, DA., Nagaoka, K., Takeiri, Y., Igami, H., Seki, T., Nagasaki K
  • 雑誌名: Proc. 25th IAEA Fusion Energy Conference ページ: EX/10-3
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Resistive Interchange Mode destabilized by Helically Trapped Energetic Ions and its Effects on Energetic Ions and Bulk Plasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: .Du, X.D., Toi K., Osakabe, M. , Ohdachi, S., Ido, T., Tanaka, K., Yokoyama, M., Yoshinuma, M., K. Ogawa, M. Isobe, Nagaoka, K., Ozaki, T., Sakakibara, S., Seki, R., Suzuki, Y., Watanabe, K.Y.,
  • 雑誌名: Proc. 25th IAEA Fusion Energy Conference ページ: EX/P6-36
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Extension of high T e regime with upgraded electron cyclotron resonance heating system in the Large Helical Device (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, H., Shimozuma, T., Kubo, S., Yoshimura, Y., Igami, H., Ito, S., Kobayashi, S., Mizuno, Y., Okada, K., Mutoh, T., Nagaoka, K., Murakami, S., Osakabe, M., Yamada, I., Nakano, H., Yokoyama, M., Ido, T., Shimizu, A., Seki, R., Ida, K., et al.
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 21 ページ: 061506
  • 査読あり
• [学会発表] LHDにおける 高速イオン励起GAMの突発的励起現象の観測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 井戸毅, 長壁正樹, 清水昭博, 小川国大, 西浦正樹, M. Lesur, 伊藤公孝, 居田克巳, 稲垣滋, 伊藤早苗
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] LHDにおける高速イオン励起GAMの特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井戸 毅, 長壁正樹、清水昭博、西浦正樹、渡利徹夫、小川国大、伊藤公孝、LHD実験グループ
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: 新潟市
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] Indication of bulk-ion heating by energetic particle driven Geodesic Acoustic Modes on LHD (2014)
  • 著者名/発表者名: Osakabe, M., Ido, T., Ogawa, K., Shimizu, A., Yokoyama, M., Seki, R., Suzuki, C., Isobe, M., Toi, K., Spong, DA., Nagaoka, K., Takeiri, Y., Igami, H., Seki, T., Nagasaki K
  • 学会等名: 25th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: St Petersburg, Russia
  • 年月日: 2014-10-13 – 2014-10-18
• [学会発表] Resistive Interchange Mode destabilized by Helically Trapped Energetic Ions and its Effects on Energetic Ions and Bulk Plasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: .Du, X.D., Toi K., Osakabe, M. , Ohdachi, S., Ido, T., Tanaka, K., Yokoyama, M., Yoshinuma, M., K. Ogawa, M. Isobe, Nagaoka, K., Ozaki, T., Sakakibara, S., Seki, R., Suzuki, Y., Watanabe, K.Y.,
  • 学会等名: 25th IAEA Fusion Energy Conference
  • 発表場所: St Petersburg, Russia
  • 年月日: 2014-10-13 – 2014-10-18
• [学会発表] Measurement of the cross sections for gold ion with 1.7 MV tandem accelerator (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Taniike, S. Mochizuki, T. Shinobu, T. Ido, A. Shimizu, M. Nishiura, Y. Furuyama
  • 学会等名: International Conference on Atomic Collisions in Solids (ICACS 26)
  • 発表場所: Debrecen, Hungary
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-18
• [学会発表] LHDにおける高速イオン励起GAMの同定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井戸 毅、長壁正樹、清水昭博, 西浦正樹、渡利徹夫, 小川国大，伊藤公孝, LHD実験グループ
  • 学会等名: 第10回核融合エネルギー連合講演会
  • 発表場所: つくば市
  • 年月日: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [学会発表] 2D potential measurements by applying automatic beam adjustment system to heavy ion beam probe diagnostic on the Large Helical Device (2014)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, A., Ido, T., Kurachi, M., Makino, R., Nishiura, M., Kato, S., Nishizawa, A., Hamada, Y.
  • 学会等名: 20ｔｈ Topical Conference on High-Temperature Plasma Diagnostics
  • 発表場所: Atlanta, Georgia, USA,
  • 年月日: 2014-06-01 – 2014-06-05