2017 Fiscal Year Annual Research Report
中性粒子・輻射輸送に伴う非接触ダイバータプラズマ中のエネルギー輸送機構の解明
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16H02440
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
大野 哲靖 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60203890)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梶田 信 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (00455297)
澤田 圭司 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (40262688)
荒巻 光利 日本大学, 生産工学部, 教授 (50335072)
田中 宏彦 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (60609981)
河村 学思 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (70509520)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | プラズマ・核融合 / ダイバータ / 非接触プラズマ / 体積再結合過程 / 中性粒子温度 / レーザートムソン散乱計測 / プローブ計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，非接触プラズマの特性を明らかにするために，レーザートムソン散乱(LPS)計測の高度化，2次元可動プローブシステムによる下流域のプラズマパラメータの2次元分布計測，レーザー吸収分光システムの高精度化による非接触プラズマ時のヘリウム中性粒子温度計測，また，He原子の線強度比法の改良を行った。さらに，収縮・発散磁場と中性粒子温度が非接触プラズマ形成に与える影響を定量的に明らかにした。
LPS計測においては，検出器を変更するなどの工夫により，さらに低電子温度の計測を可能とした.非接触プラズマ中の電子温度のエネルギー分布関数が2電子温度分布を示すことが見出された。2次元可動プローブ計測においては，体積再結合過程が顕著な領域である再結合プロント領域の電子温度，電子密度，空間電位の2次元（磁力線方向，磁力線垂直方向）の分布が明らかになった。磁力線方向では電子温度の急激な減少が観測され，さらに磁力線垂直方向では，再結合付近においてプラズマ分布の広がりが観測された。
1083nmのDFBレーザーを用いたレーザー吸収分光システムを開発した。非接触プラズマ中の準安定ヘリウム温度、をTDLASシステムおよびLTSシステムを用いて調べた。非接触プラズマ中の中性粒子と電子の間の熱緩和過程により，電子密度が増加することによって，電子温度が中性温度に近づくことが示された。また，吸収信号の変動を利用したプラズマ揺動測定の可能性も検討した。さらに，既存のHe原子線強度比法で用いられている501.6, 667.8, 706.5 , 728.1 nmのHe原子ラインに加えて、新たに再結合の反応係数の変化が大きい447.1 nmを加えて手法を新たに提案した。再結合によって電子密度が減少している領域において、LPS計測が観測された電子温度が高温・低温の2成分に分離される結果が得られた。
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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
非接触プラズマ研究のための直線型ダイバータプラズマ模擬試験装置の計測システムの更なる改良を実施し，レーザートムソン散乱計測，2次元プローブ計測ともに電子温度計測精度が著しく向上し，1eV以下の非接触プラズマにおける電子のエネルギー分布関数の取得が可能となった。開発した装置による計測結果とHe原子線強度比計測との比較を行うことにより，非接触プラズマに適用可能な新しいHe原子線強度比計測を確立した。また，再結合フロント近傍のプラズマ揺動の2次元分布計測を実施し，揺動強度の2次元分布を明らかにした。，
レーザー吸収分光システムによる中性粒子温度計測に関する系統的実験が実施された。また，前年度に整備したガス吸排気系を用いて中性ガスの滞留時間制御することにより，非接触プラズマ形成に関する中性粒子温度の影響を明らかにする実験を行った。
さらに，先進ダイバータ配位の有効性を明らかにするために磁場強度分布を変化させて場合の非接触プラズマ形成と粒子負荷低 減に関する実験研究を遂行した。 磁場生成用の2つの電源を用いて、収縮磁場と発散磁場を組み合わせた磁場配 位を模擬し、局所的な収縮磁場が非接触プラズマの構造に与える影響を明らかにした。以上のように，当初計画していた計測装置の改良は計画通りに進んでおり，それらを用いて非接触プラズマ実験が順調に進行している。さらに，これらの研究開発にともなう成果は，査読付学術論文（５件）と国内・国際学会発表論文（１３件）として公表した。
以上より，当該研究は概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
非接触プラズマ中の電子温度分布関数が2電子温度成分となっている原因を明らかにするために，レーザートムソン散乱計測，2次元駆動プローブ計測システムの改良をさらに進め，条件付き平均法を用いた電子温度，電子密度，空間電位の時空間分布計測を行う。さらに，レーザートムソン散乱計測の光学系を変更して，プラズマ上流部でのプラズマパラメータ計測も可能とする。2次元駆動プローブ計測システムを用いた再結合フロント近傍のプラズマパラメータ分布の詳細計測を更に進め，非接触プラズマ中の粒子輸送・エネルギー輸送過程を明らかにする。
再結合フロント近傍のプラズマ揺動に関する研究を継続し，多チャンネルのマイクロ波干渉計ならびに2次元駆動プローブ計測システムを用いた同時計測を行い，揺動の構造とそれに伴う非拡散的粒子輸送現象を明らかにする。
シミュレーション研究においては，EMC3-Eireneコードと実験との比較によって，中性粒子温度が非接触プラズマ形成に与える影響を明らかにする。さらに，新たに導入する流体コードLINDAの原子分子過程データを最新データにアップデートし，実施したシミュレーション結果と実験で得られた2次元プラズマ分布データとの比較検討を行う。
得られた成果は速やかに学会発表ならびに学術論文として公表する。
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Research Products
(20 results)
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[Journal Article] Development of a Compact Divertor Plasma Simulator for Plasma-Wall Interaction Studies on Neutron-Irradiated Materials2017
Author(s)
N.Ohno, T.Kuwabara, M.Takagi, R.Nishimura, M.Yajima, A.Sagara, T.Toyama, K.Suzuki, H.Kurishita, .Shikama, Y.Hatano, N.Yoshida
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Journal Title
Plasma and Fusion Research
Volume: 12
Pages: 1405040-1～6
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Modeling of the linear plasma device NAGDIS-II with neutral gas puffing and pumping by using EMC3-EIRENE2017
Author(s)
Hayashi, Y., Ohno, N., Kuwabara, T., Tanaka, H., Kawamura, G., Kajita, S., Tsujihara, T., Ohshima, H., Aramaki, M., Feng, Y
Organizer
16th International Workshop on Plasma Edge Theory in Fusion Devices (PET16)
Int'l Joint Research
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