消えゆくプラズマの空間構造と電子エネルギー分布の歪みとの関わり

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22K18699
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高橋 宏幸 東北大学, 工学研究科, 講師 (30768982)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: 非接触ダイバータ / 再結合プラズマ / 電子エネルギー分布 / DT-ALPHA / 体積再結合 / Retarding field analyzer

Outline of Annual Research Achievements

DT-ALPHAでは装置上流から下流に向けz軸を定義しており本研究の計測対象である再結合プラズマはz = 1.43 m 近傍に生成される．またz = 1.43 mと1.58 m間には長さ約0.13 mの多段オリフィスユニットが設置されている．本年度は昨年度に設計したシンブルプローブ(以下SP)の製作およびSPを用いた再結合プラズマの磁力線方向計測を実施した．SPは以降で述べる長尺ダブルプローブを製作・運用するための課題点を洗い出す機器と位置付けた．z = 1.43 mにて再結合プラズマが維持されている事を分光計測で確認しつつ，z = 1.58 mから1.85 mにかけてSPでの計測を行なった．z = 1.43 mでは体積再結合に起因する線放射や連続放射が明確に確認され，連続放射から得た電子温度は0.4 eV程度であった．ところが z = 1.58 mでは線放射・連続放射ともに観測されず再結合が進行しない事を示唆する結果となった．同位置にてSPで得られた電子温度は3 eV程度であり分光と矛盾しない結果であった．このようにz = 1.43 m から1.58 mにかけて2.5 eV程の電子温度増加が観測された．z = 1.58 mの下流では更に電子温度が増加しz = 1.7 m付近にて14 eV程度となった．また電子温度の増加率はオリフィス内部(z = 1.65 m付近)で急激に変化する事も分かった．この位置は軸磁場が急激に変化する位置に対応することから，磁場構造に関連した変化と考えられる．z = 1.7 mより下流では電子温度は単調減少し最終的に5 eV程度となった．この結果を踏まえSPよりも長尺なダブルプローブを設計・製作しDT-ALPHA装置へ取り付けた．SPでは外径が0.8 mmの絶縁管を用いたが，さらに低擾乱な計測を行うべく外径0.5 mmの絶縁管を採用した．

Research Products

• [Journal Article] Determination of parallel and perpendicular ion temperatures based on selective ion transmission in retarding field analyzer (2024)
  • Author(s): Shigetaka KAGAYA, Hiroyuki TAKAHASHI, Tomohiro SEINO, Keigo YOSHIMURA, Ryota NISHIMURA, Akihiro KANNO, Yusaku TAKAHASHI, Tomoya HARA, Tetsutarou OISHI, Akinobu MATSUYAMA, Kenji TOBITA
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 19 Pages: -
  • DOI: 10.1585/pfr.19.1201021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of selective ion transmission on measurement by retarding field analyzer (2023)
  • Author(s): Takahashi H.、Seino T.、Nishimura R.、Yoshimura K.、Kanno A.、Hara T.、Takahashi Y.、Kagaya S.、Matsuyama A.、Hayashi Y.、Tobita K.
  • Journal Title: Physics of Plasmas Volume: 30 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1063/5.0144798
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Retarding Field Analyzerにおける速度選択性を利用した2 方向イオン温度の同時計測手法の構築 (2024)
  • Author(s): 加賀谷重考, 高橋宏幸, 清野智大, 西村涼汰, 吉村渓冴, 菅野耀広, 原智也, 髙橋優作, 大石鉄太郎, 松山顕之 , 飛田健次
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] Spatial structure of helium recombining plasma around recombination front in DT-ALPHA device (2024)
  • Author(s): H. Takahashi, A. Kanno, T. Seino, K. Yoshiura, R. Nishimura, Y. Takahashi, T. Hara, S. Kagaya, T. Oishi, A. Matsuyama, K. Tobita
  • Organizer: 26th International Conference on Plasma Surface Interaction in Controlled Fusion Devices
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of atomic hydrogen density based on hydrogen visible line spectroscopy and collisional-radiative model (2024)
  • Author(s): K. Yoshimura, H. Takahashi, T. Seino, R. Nishimura, A. Kanno, Y. Takahashi, T. Hara, S. Kagaya, A. Matsuyama, T. Oishi, K. Tobita, K. Sawada
  • Organizer: 26th International Conference on Plasma Surface Interaction in Controlled Fusion Devices
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] KEIO-MARCコードに基づくマルチカスプ型磁場配位イオン源における水素イオン比向上方法の検討 (2023)
  • Author(s): 高橋宏幸, 西村涼汰, 清野智大, Boonyarittipong Peerapat, 吉村渓冴, 菅野耀広, 原智也, 高橋優作, 大石鉄太郎, 松山顕之
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] DT-ALPHAにおけるダイバータ模擬水素プラズマ中のイオン温度計測 (2023)
  • Author(s): 吉村渓冴, 高橋宏幸, 清野智大, 西村涼汰A, 菅野耀広, 髙橋優作, 原智也, 松山顕之, 大石鉄太郎, 飛田健次
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] Evaluation of proton density ratio in a bucket-type ion source based on kinetic code plasma simulation and rate equation for hydrogen ions (2023)
  • Author(s): H. Takahashi, R. Nishimura, T. Seino, K. Yoshimura, A. Kanno, T. Hara, Y. Takahashi, T. Oishi, A. Matsuyama, K. Tobita, K. Hoshino
  • Organizer: Global Plasma Forum in Aomori
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of Molecular Activated Recombination in Hydrogen Plasma Produced in Radio Frequency Plasma Source DT ALPHA (2023)
  • Author(s): K. Yoshimura, H. Takahashi, T. Seino, R. Nishimura, A. Kanno, Y. Takahashi, T. Hara, S. Kagaya , T. Oishi, A. Matsuyama, K. Tobita
  • Organizer: Global Plasma Forum in Aomori
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Determination of Ion Temperature Parallel and Perpendicular to Magnetic field by Retarding Field Analyzer Based on Selective Ion Transmission (2023)
  • Author(s): H. Takahashi, T. Seino, K. Yoshimura, R. Nishimura, S. Kagaya, Y. Takahashi, A. Kanno, T. Hara, A. Matsuyama, T. Oishi, K. Tobita
  • Organizer: 13th International Conference on Open Magnetic Systems for Plasma Confinement
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Production of Hydrogen Molecular Activated Recombining Plasma in Radio Frequency Plasma Source DT ALPHA (2023)
  • Author(s): K. Yoshimura, H. Takahashi, T. Seino, R. Nishimura, A. Kanno, Y. Takahashi, T. Hara, T. Oishi, A. Matsuyama, K. Tobita
  • Organizer: 13th International Conference on Open Magnetic Systems for Plasma Confinement
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 水素イオン温度計測と衝突・輻射モデルに基づくDT ALPHA の水素プラズマにおけるIC MAR 反応率評価 (2023)
  • Author(s): 吉村渓冴 , 高橋宏幸 , 清野智大 , 西村涼汰 , 菅野耀広 , 髙橋優作 , 原智也, 加賀谷重考 , 松山顕之 , 大石鉄太郎 , 飛田健次 , 澤田圭司
  • Organizer: 第40 回 プラズマ・核融合学会 年会
• [Presentation] Retarding Field Analyzer におけるイオン選択性を用いた磁力線垂直方向イオン温度計測手法の検証 (2023)
  • Author(s): 加賀谷重考, 髙橋宏幸, 清野智大, 吉村渓冴, 西村涼太, 菅野耀広, 髙橋優作, 原智也, 大石鉄太郎, 松山顕之, 飛田健次
  • Organizer: 第40 回 プラズマ・核融合学会 年会