重元素多価イオンの極端紫外スペクトルに関する分光データベースの構築

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H03759
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 鈴木 千尋 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (30321615)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 東口 武史 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80336289) ; 坂上 裕之 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40250112) ; 村上 泉 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (30290919) ; 田村 直樹 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (80390631)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: プラズマ・核融合 / 原子・分子物理 / 光源技術

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的である、重元素多価イオンの極端紫外（EUV）スペクトルに関する分光データベースの構築に向けて、3種類の光源における実験および分光モデルとの比較・検討を進展させた。分担者の坂上が担当するコンパクトEBIT（CoBIT）装置において、新しい軟エックス線CCDカメラシステムと高分解能回折格子を組み合わせた高精度分光光学系によるEUV分光計測実験が開始された。その結果 、ランタノイド系元素のテルビウムを対象として初期的なデータが得られるとともに、光学系の設計通りの性能が確認された。
代表者および分担者の田村が担当するLHD装置では、中性子遮蔽材や遮蔽構造の設置等の準備が完了し、平成29年3月から開始された重水素ガスを使用する実験において、引き続き分光計測が可能であることが確認された。分担者の東口（宇都宮大）が担当するレーザー生成プラズマでは、斜入射分光器を感度較正し、光子数を評価できるようにした上で、ビスマスを中心として重元素多価イオン水の窓軟X線光源を高出力化した。また、ランタノイド系元素についてNd:YAGレーザーおよび炭酸ガスレーザー生成プラズマのEUVスペクトルのデータ解析や理論計算との比較を進め、多価イオン物理国際会議およびJounral of Nuclear Instruments and Methods B誌に発表した。
理論計算との比較に関して、分担者の村上や研究協力者が担当し、タングステンやランタノイド系元素に関して、Hullacコードによる原子構造計算および衝突輻射モデルの構築を進め、LHD装置で得られたスペクトルとの比較検討を行った。また、タングステンに関して、再結合過程の効果を組み込んだ衝突輻射モデルの構築に着手した。上記の本研究の進展状況に関連して、代表者が欧州物理学会プラズマ物理学会議において招待講演を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

実験面では、LHD装置、CoBIT装置、レーザー生成プラズマ装置のそれぞれにおいて進展が見られた。特に、CoBIT装置における高精度分光光学系の性能が確認され、初期データが得られたこと、また、LHD装置の遮蔽構造の設置が予定通り完了し、これまで通りの計測器の性能が確認されたことから、当初の計画通りに進展しているといえる。
理論計算においては、LHDの高温の場合のように比較的簡単なスペクトルについて、Hullacコードによる衝突輻射モデルと実験との比較ができる段階に到達したといえる。成果発表面では、欧州物理学会プラズマ物理学会議における招待講演や、査読付き論文誌における発表といった具体的な成果が得られ始めている。以上のことから、本研究はおおむね順調に進展していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、各装置における EUVスペクトル観測実験において、応用上重要な元素を中心として計測対象をさらに広げ、引き続き基礎データの取得を進める計画である。CoBIT装置では、新しい高分解能光学系による観測を本格化させる。引き続き分光計測が可能であることが確認されたLHD装置では、本年度もこれまでに未着手の元素について、EUVスペクトルデータの取得を進めるとともに、これまでに蓄積された実験データについて理論計算との比較に基づく解析を進める。レーザー生成プラズマでは、Nd:YAGレーザー生成プラズマにおいて、光学的厚さの影響をより詳細に調べるために、視野角依存性も含めたデータの取得・解析も進める。分光モデル計算のための計算機環境を整備し、実際に各元素の原子構造計算および衝突輻射モデルによるスペクトルの計算を進める。分担者の村上が担当するHullacコードに加え、研究協力者の小池（上智大・客員教授）およびO'Sullivan（University College Dublin・教授）と協力して、CowanコードおよびGraspコードを用いた計算も進め、 データを蓄積するとともに相互比較を行う。モデル計算の実行およびこれまでの理論・実験データのデータベース化を目的として、ワークステーションの購入も計画している。さらに、EBIT実験に関連して新たな研究の展開を図るため、CoBIT装置でカバーできない高エネルギー領域のEBITの運用に携わる、米国国立標準技術研究所（NIST）のRalchenko博士を協力者として加えることも検討する。本計画の進捗状況を、過去の実験結果に関する解析の進展状況と合わせて、国内学会および国際会議において発表し、学術論文として投稿する。本研究のLHD実験に関連する成果については、6月に行われる欧州物理学会プラズマ物理学会議において、代表者が発表予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University College Dublin(アイルランド)
  • Country Name: IRELAND
  • Counterpart Institution: University College Dublin
• [Int'l Joint Research] Lanzhou University(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: Lanzhou University
• [Journal Article] Opacity effects on soft X-ray spectra from highly charged lanthanide ions in laser-produced plasmas (2017)
  • Author(s): C. Suzuki, T. Higashiguchi, A. Sasanuma, G. Arai, Y. Fujii, Y. Kondo, T.-H. Dinh, F. Koike, I. Murakami, G. O'Sullivan
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms Volume: 408 Pages: 253-256
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2017.03.094
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Extreme ultraviolet spectroscopy and atomic models of highly charged heavy ions in the Large Helical Device (2017)
  • Author(s): C. Suzuki, I. Murakami, F. Koike, N. Tamura, H. A. Sakaue, S. Morita, M. Goto, D. Kato, H. Ohashi, T. Higashiguchi, S. Sudo, and G. O'Sullivan
  • Journal Title: Plasma Physics and Controlled Fusion Volume: 59 Pages: 014009-1-8
  • DOI: 10.1088/0741-3335/59/1/014009
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Analysis of unresolved transition arrays in XUV spectral region from highly charged lead ions produced by subnanosecond laser pulse (2017)
  • Author(s): T. Wu, T. Higashiguchi, B. Li, G. Arai, H. Hara, Y. Kondo, T. Miyazaki, T.-Hung Dinh, F. O'Reilly, E. Sokell, and G. O'Sullivan
  • Journal Title: Optics Communications Volume: 385 Pages: 143-152
  • DOI: 10.1016/j.optcom.2016.10.053
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spectroscopy of Highly Charged Ions for Extreme Ultraviolet Lithography (2017)
  • Author(s): G. O'Sullivan, P. Dunne, T. Higashiguchi, D. Kos, O. Maguire, T. Miyazaki, F. O'Reilly, J. Sheil, E. Sokell, and D. Kilbane
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2017.03.114
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Characteristics of the soft X-ray emission from laser-produced highly charged platinum plasmas (2016)
  • Author(s): H. Hara, G. Arai, Y. Kondo, T.-Hung Dinh, P. Dunne, G. O'Sullivan, T. Ejima, T. Hatano, W. Jiang, M. Nishikino, A. Sasaki, A. Sunahara, and T. Higashiguchi
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 9 Pages: 066201-1-4
  • DOI: 10.7567/APEX.9.066201
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of a new tracer-encapsulated solid pellet injection system for more precise control of tracer-impurity-deposit location in LHD (2016)
  • Author(s): N. Tamura, M. Shoji, C. Suzuki, H. Funaba, H. Hayashi, H. Maeno, M. Yokota, H. Ogawa and S. Sudo
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 87 Pages: 11D615-1-3
  • DOI: 10.1063/1.4962041
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mitigation of the tracer impurity accumulation by EC heating in the LHD (2016)
  • Author(s): N. Tamura, S. Sudo, C. Suzuki, H. Funaba, Y. Nakamura, K. Tanaka, M. Yoshinuma, K. Ida and The LHD Experiment Group
  • Journal Title: Plasma Physics and Controlled Fusion Volume: 58 Pages: 114003-1-10
  • DOI: 10.1088/0741-3335/58/11/114003
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Characteristics of extreme ultraviolet emission from high-Z plasmas (2016)
  • Author(s): H. Ohashi, T. Higashiguchi, Y. Suzuki, M. Kawasaki, C. Suzuki, K. Tomita, M. Nishikino, S. Fujioka, A. Endo, B. Li, T. Otsuka, P. Dunne, and G. O'Sullivan
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 688 Pages: 012079-1-4
  • DOI: 10.1088/1742-6596/688/1/012079
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Analysis of soft x-ray emission spectra of laser-produced dysprosium, erbium and thulium plasmas (2016)
  • Author(s): J. Sheil, P. Dunne, T. Higashiguchi, D. Kos, E. Long, T. Miyazaki, F. O'Reilly, G. O'Sullivan, P. Sheridan, C. Suzuki, E. Sokell, E. White, and D. Kilbane
  • Journal Title: Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics Volume: 50 Pages: 065006-1-8
  • DOI: 10.1088/1361-6455/aa5e62
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Soft X-ray emission from molybdenum plasmas generated by dual laser pulses (2016)
  • Author(s): R. Lokasani, G. Arai, Y. Kondo, H. Hara, T.-Hung Dinh, T. Ejima, T. Hatano, W. Jiang, T. Makimura, B. Li, P. Dunne, G. O’Sullivan, T. Higashiguchi, and J. Limpouch
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 109 Pages: 194103-1-5
  • DOI: 10.1063/1.4967310
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evaluation of a flat-field grazing incidence spectrometer for highly charged ion plasma emission in soft x-ray spectral region from 1 to 10 nm (2016)
  • Author(s): T.-Hung Dinh, Y. Kondo, T. Tamura, Y. Ono, H. Hara, H. Oikawa, Y. Yamamoto, M. Ishino, M. Nishikino, T. Makimura, P. Dunne, G. O'Sullivan, S. Ohta, K. Kitano, T. Ejima, H. Tadashi, and T. Higashiguchi
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 87 Pages: 123106-1-7
  • DOI: 10.1063/1.4971421
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] EBITを用いた多価イオン発光スペクトルの可視、VUV及びEUV分光測定 (2017)
  • Author(s): 坂上裕之、中村信行、加藤太治、村上泉
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 吹田
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] プラズマ中の重元素多価イオンからの極端紫外スペクトルに関する系統的研究 (2016)
  • Author(s): 鈴木千尋、村上泉、小池文博、東口武史、坂上裕之、田村直樹、須藤滋、Gerry O'Sullivan
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第33回年会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2016-11-29 – 2016-12-02
• [Presentation] タングステンイオンの極端紫外スペクトルにおける二電子性再結合過程の寄与について (2016)
  • Author(s): 村上泉、佐々木明、加藤太治、小池文博
  • Organizer: プラズマ・核融合学会第33回年会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2016-11-29 – 2016-12-02
• [Presentation] Unresolved Transition Array (UTA) Emission from Highly-charged Ions in Heavy-element Plasmas by a Dual-laser Pulse Irradiation (2016)
  • Author(s): T. Higashiguchi
  • Organizer: International Workshop on EUV and Soft X-Ray Sources
  • Place of Presentation: Amsterdam (Netherlands)
  • Year and Date: 2016-11-07 – 2016-11-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Observation and Calculation of the ECRH Effect on the Tracer Impurity Accumulation in LHD (2016)
  • Author(s): N. Tamura
  • Organizer: 58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
  • Place of Presentation: San Jose (USA)
  • Year and Date: 2016-10-31 – 2016-11-04
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Systematic observation of EUV spectra from highly charged lanthanide ions in the Large Helical Device (2016)
  • Author(s): C. Suzuki, F. Koike, I. Murakami, N. Tamura, S. Sudo
  • Organizer: 10th International Conference on Atomic and Molecular Data and Their Applications
  • Place of Presentation: Gunsan (South Korea)
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Collisional-Radiative Model of Tungsten Ions for EUV Spectroscopy (2016)
  • Author(s): I.Murakami, A. Sasaki, D. Kato, F. Koike
  • Organizer: 10th International Conference on Atomic and Molecular Data and Their Applications
  • Place of Presentation: Gunsan (South Korea)
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-29
• [Presentation] Emission spectroscopy of laser-produced and electron beam ion trap plasmas with high-Z elements in extreme ultraviolet and soft x-ray region (2016)
  • Author(s): H. Ohashi, H. Hara, G. Arai, Y. Kondo, T.-Hung Dinh, B. Li, P. Dunne, G. O’Sullivan, N. Nakamura, H. A. Sakaue, D. Kato, I. Murakami, and T. Higashiguchi
  • Organizer: 10th International Conference on Atomic and Molecular Data and Their Applications
  • Place of Presentation: Gunsan (South Korea)
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-29
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Fundamental atomic data for fusion, lithography and other applications (2016)
  • Author(s): B. Li, X. M. Chen, T. Higashiguchi, C. Z. Dong, H. Ohashi, P. Dunne, G. O'Sullivan
  • Organizer: 10th International Conference on Atomic and Molecular Data and Their Applications
  • Place of Presentation: Gunsan (South Korea)
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-29
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 多価イオンプラズマ計測用軟X線射入射分光器の絶対較正 (2016)
  • Author(s): ヂンタンフン、近藤芳希、田村賢紀、荒居剛己、牧村哲也、太田茂、北野謙、山本洋一、石野雅彦、錦野将元、江島丈雄、羽多野忠、東口武史
  • Organizer: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] Opacity effects on on soft x-ray spectra from highly charged lanthanide ions in laser-produced plasmas (2016)
  • Author(s): C. Suzuki, T. Higashiguchi, A. Sasanuma, G. Arai, Y. Fujii, Y. Kondo, T. Ding Hung, F. Koike, I. Murakami and G. O'Sullivan
  • Organizer: 18th International Conference on the Physics of Highly Charged Ions
  • Place of Presentation: Kielce (Poland)
  • Year and Date: 2016-09-11 – 2016-09-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spectroscopy of highly charged ions for extreme ultraviolet lithography (2016)
  • Author(s): G. O'Sullivan, P. Dunne, F. O'Reilly, E. Sokell, and T. Higashiguchi
  • Organizer: 18th International Conference on the Physics of Highly Charged Ions
  • Place of Presentation: Kielce (Poland)
  • Year and Date: 2016-09-11 – 2016-09-16
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Extreme ultraviolet spectroscopy and atomic models of highly charged heavy ions in the Large Helical Device (2016)
  • Author(s): C. Suzuki, I. Murakami, F. Koike, N. Tamura, H. A. Sakaue, S. Morita, M. Goto, D. Kato, H. Ohashi, T. Higashiguchi, S. Sudo, and G. O'Sullivan
  • Organizer: The 43rd European Physical Society Conference on Plasma Physics
  • Place of Presentation: Leuven (Belgium)
  • Year and Date: 2016-07-04 – 2016-07-08
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Feature of unresolved transition array emission in carbon window soft x-ray spectral region from a laser-produced Platinum plasma: Structure of enhancement and absorption of the soft x-ray emission (2016)
  • Author(s): H. Hara, G. Arai, T.-Hung Dinh, A. Sasaki, A. Sunahara, and T. Higashiguchi
  • Organizer: 18th International Congress on Plasma Physics
  • Place of Presentation: Kaohsiung (Taiwan)
  • Year and Date: 2016-06-27 – 2016-07-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Efficient EUV and soft x-ray sources with unresolved transition array from highly charged ions in high-Z plasmas (2016)
  • Author(s): T. Higashiguchi
  • Organizer: 23rd International Conference on Spectral Line Shapes
  • Place of Presentation: Torun (Poland)
  • Year and Date: 2016-06-19 – 2016-06-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Development of a New Tracer-Encapsulated Solid Pellet Injection System for More Precise Control of Tracer-Impurity-Deposited Location in LHD (2016)
  • Author(s): N. Tamura, M. Shoji, C. Suzuki, H. Funaba, H. Hayashi, H. Maeno, M. Yokota, H. Ogawa, and S. Sudo
  • Organizer: 21st Topical Conference on High-Temperature Plasma Diagnostics
  • Place of Presentation: Madison (USA)
  • Year and Date: 2016-06-05 – 2016-06-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characteristics of water window soft x-ray emission from dual laser-produced Bi plasmas (2016)
  • Author(s): G. Arai, H. Hara, T.-Hung Dinh, M. Nishikino, A. Sasaki, A. Sunahara, and T. Higashiguchi
  • Organizer: 15th International Conference on X-Ray Lasers
  • Place of Presentation: Nara (Japan)
  • Year and Date: 2016-05-22 – 2016-05-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Feature of soft x-ray emission from laser-produced multi-charged Pt ions (2016)
  • Author(s): H. Hara, G. Arai, T.-Hung Dinh, M. Nishikino, A. Sasaki, A. Sunahara, and T. Higashiguchi
  • Organizer: 15th International Conference on X-Ray Lasers
  • Place of Presentation: Nara (Japan)
  • Year and Date: 2016-05-22 – 2016-05-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evaluation of a flat-field grazing incidence spectrometer for highly charged ion plasma emission in 1-10 nm (2016)
  • Author(s): Y. Kondo, T.-Hung Dinh, T. Tamura, S. Ohta, K. Kitano, T. Ejima, T. Hatano, and T. Higashiguchi
  • Organizer: 15th International Conference on X-Ray Lasers
  • Place of Presentation: Nara (Japan)
  • Year and Date: 2016-05-22 – 2016-05-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Source development for extreme ultraviolet lithography and water window imaging (2016)
  • Author(s): G. O'Sullivan, P. Dunne, D. Kilbane, L. Liu, R. Lokasani, E. Long, B. Li, T. McCormack, F. O'Reilly, J. Sheil, E. Sokell, C. Suzuki, T. Wu, and T. Higashiguchi
  • Organizer: 19th International Conference on Atomic Processes in Plasmas
  • Place of Presentation: Paris (France)
  • Year and Date: 2016-04-04 – 2016-04-08
  • Int'l Joint Research / Invited