2015 Fiscal Year Annual Research Report
タングステン多価イオン可視禁制線のモデリングと核融合プラズマ計測への応用
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15H04235
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
加藤 太治 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (60370136)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 磁気双極子禁制線 / 多価イオン原子過程 / 核融合プラズマ / ITER |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ITERでの核融合プラズマ研究に適している近紫外～可視域の波長をもつタングステン多価イオンからの磁気双極子禁制線（M1線）の発光が核融合科学研究所の大型ヘリカル装置（LHD）実験により世界で初めて観測された．そこで本研究は，タングステンの多価イオンからのM1線発光モデルに必要な原子過程データの生産・評価，それに基づいたモデル開発を行い，ヘリカル磁場閉じ込めプラズマでのタングステン多価イオン分布・輸送特性および蓄積密度を分光計測によって明らかにするとともに，M1線強度に現れる高エネルギーイオン衝突効果を検証することを目的として行った．
昨年度（平成27年度）は，タングステン多価イオン発光スペクトルの衝突・輻射モデルの開発，タングステン多価イオン発光スペクトル精密測定用の小型電子ビームイオントラップ（CoBIT）への新規分光測定システムの構築を行った．衝突・輻射モデルに必要な膨大な数の原子過程データは主に相対論的原子過程コードHULLACを用いて計算し，より高精度を要求する基底状態の微細構造準位エネルギーやそれらの間の放射遷移確率の計算には多配置ディラック‐フォック法に基づくgrasp2Kコードを用いた．そして，CoBITで測定された発光線スペクトルと比較することにより，開発した衝突・輻射モデルの検証と原子過程データの評価を行った．
昨年度，大型ヘリカル装置（LHD）を用いた実験が中止となったため，以前に取得し未解析であった分光データの解析を進めた．タングステン27価イオンの近紫外域に現れるM1線強度について，本研究で開発した衝突・輻射モデルを用いた計算を行い，LHD実験での発光強度分布との比較から，中心プラズマ中のタングステン多価イオンの挙動を明らかにした．また計算による予測では，同M1線の発光強度に顕著なプロトン衝突効果が現れた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
衝突・輻射モデルの開発は計画通り順調に進み，CoBITへの新規分光システムの設置作業も計画通りに進んだ．また，CoBIT実験との比較によるモデルの検証も行うことが出来た．昨年度はLHD実験が予期せぬ事情により中止となったが，以前に取得していた分光測定データを開発したモデルを用いて解析することで，近紫外域のM1線の観測からLHDプラズマ中でのタングステン多価イオン分布と蓄積密度の時間変化を得ることに世界で初めて成功した．以上，研究目的の達成に向けて着実な進展があった．また，本成果については，今年10月に京都で開催されるIAEA核融合エネルギー国際会議に発表申請し，本会議での発表が認められた．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度，タングステン27価イオンのM1線発光強度がプロトン衝突により顕著に増加するという理論予測を得たが，実験的な確証はまだ得られていない．LHDでの実験データをより多角的に解析することによりプロトン衝突効果の検証を図る．またそれと並行して，モデルに用いたプロトン衝突データの評価を理論面でも進めるために，新たな理論手法を用いて計算を行う．これを進めるにあたり，外国人研究者（Gediminas Gaigalas，ビルニュス大学，リトアニア）を訪問し協力を得る計画である．昨年度新たに分光システムを整備したCoBIT実験による新規M1線の同定を進めるとともに，CoBIT装置の特性を活かした多価イオン原子過程研究の高度化を図る．今年度（平成28年度）末に予定されているLHD実験では，重水素実験開始に伴い実験条件などについて不確定な部分もあるが，連携研究者と連絡を密に取りながら実施に向けて準備を進めている．LHD実験データの解析の高精度化において，タングステン多価イオンの電離／再結合速度係数データのばらつきが問題となっているため，最新の文献調査やデータベースの検索を行い，データの更新，データ間の相互比較および実験結果等に基づく評価を行い，標準データセットの構築に努める．
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[Journal Article] UV-visible M1 line emission from highly charged tungsten ions in LHD plasmas2016
Author(s)
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, C.-Z. Dong
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Journal Title
NIFS-PROC
Volume: 99
Pages: 100～108
Int'l Joint Research
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[Journal Article] Extreme ultraviolet and visible spectroscopy of promethiumlike heavy ions2015
Author(s)
Y. Kobayashi, K. Kubota, K. Omote, A. Komatsu, J. Sakoda, M. Minoshima, D. Kato, J. Li, H.A. Sakaue, I. Murakami, and N. Nakamura
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Journal Title
Phys. Rev. A
Volume: 92
Pages: 022510-1～9
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Near UV-visible line emission from tungsten highly-charged ions in Large Helical Device2015
Author(s)
D. Kato, H.A. Sakaue, I. Murakami, M. Goto, T. Oishi, S. Morita, K. Fujii, A. Sasaki, N. Nakamura, F. Koike, X.-B. Ding, C.-Z. Dong, and the LHD exp group
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Journal Title
NIFS-PROC
Volume: 98
Pages: 43～49
Int'l Joint Research
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[Presentation] Near UV-visible line emission of tungsten highly charged ions in fusion plasmas2015
Author(s)
D. Kato, H.A. Sakaue, I. Murakami, M. Goto, T. Oishi, S. Morita, K. Fujii, N. Nakamura, A. Sasaki, F. Koike, X.-B. Ding, and C.-Z. Dong
Organizer
XXIX International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions
Place of Presentation
トレド会議センター，トレド（スペイン）
Year and Date
2015-07-22 – 2015-07-28
Int'l Joint Research
