Development of spectroscopic diagnostic methods for magnetically confined plasmas using high sensitivity measurements of Stark and Zeeman effects

利用斯塔克效应和塞曼效应的高灵敏度测量开发磁约束等离子体的光谱诊断方法

• 批准号: 21H01054
• 负责人: 四竈 泰一
• 金额: $ 11.56万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01054/
• 关键词: 近赤外分光; 周辺プラズマ; 逆変換; マイクロ波; ECH; シュタルク効果; ゼーマン効果; 分光

磁場閉じ込め核融合炉の開発では、今後ITERやDEMOをはじめとする強磁場・大電力加熱の実験が中心となり、電磁場を利用したプラズマ診断の重要性が高まると考えられる。電磁場を利用した診断は、分光ではシュタルク・ゼーマン効果による輝線の波長分裂を用いて行われるが、標準的な可視分光の場合、これらの分裂は線幅（ドップラー広がりと分光器装置幅）に隠されてしまい精密計測が難しい。そこで本研究では、シュタルク・ゼーマン効果とドップラー効果、装置幅の波長依存性の違いに着目し（前者は2乗、後者は1乗以下に比例）、近赤外分光を使ってシュタルク・ゼーマン効果を高感度で計測する。また、この結果得られる精密な電磁場情報を利用することで、2種類のプラズマ診断を実現する。【課題1】「ゼーマン効果の高感度計測による原子輝線スペクトル空間分解法」：分光計測される原子輝線スペクトルが視線上の発光位置ごとに異なる大きさのゼーマン効果を受けることを利用し、視線積分スペクトルを局所スペクトルへ分解する手法を開発する。【課題2】「ACシュタルク効果の高感度計測によるマイクロ波電場ベクトル診断法」：ジャイロトロンから放射されるコヒーレントマイクロ波中でドレスト状態となった水素原子の輝線スペクトルを分光計測し、スペクトル中心・サブピークの形状解析からマイクロ波電場を求める。2022年度は、ヘリオトロンJ装置を用いて課題1、2の研究を進めた。【課題1】1視線で計測したヘリウム原子の視線積分スペクトルを原子輸送計算を用いて再構成し、視線上のスペクトル空間分布推定に成功した。成果は論文発表し、プレスリリースを行った。【課題2】マイクロ波と交差する視線で重水素原子スペクトルを計測し、ACシュタルク効果の可能性がある信号を得た。S/Nが不十分だったため次年度にS/Nを向上させた再実験を行う計画である。

The importance of magnetic field detection and diagnosis is high. The use of electromagnetic fields for diagnosis, spectroscopy, and the use of wavelength splitting in the case of standard visible spectroscopy, and the use of wavelength splitting in the case of spectrometer device amplitude are difficult to measure precisely. In this study, the wavelength dependence of the device amplitude is measured in the ratio of 2 ° to 1 °, and the near infrared spectroscopy is measured in the ratio of 2 ° to 1 °. The result is accurate electromagnetic field information. [Topic 1]"Atomic Luminance Resolution Method for High Sensitivity Measurement of Atomic Luminance Effects": A method for developing a resolution method for atomic luminance resolution of spectrometer measurements at different light emission positions on the line of sight. [Topic 2]"High sensitivity measurement of AC spectrum effect and diagnosis method of electric field of AC spectrum effect": emission of water atom and its state in wave spectrum measurement, shape analysis and calculation of electric field of AC spectrum effect. Research on topics 1 and 2 in 2022 [Task 1] 1. The calculation of line of sight for atoms is successful in reconstructing the spatial distribution of atoms on the line of sight. The result is that there is no way out. [Topic 2] The possibility of measuring the cross difference between the light wave and the heavy element atom and obtaining the signal of the AC system. S/N is not very high. S/N is high.

项目成果

Ro-vibrational population distribution in the ground state of hydrogen isotopologues in LHD peripheral plasmas deduced from emission spectroscopy

从发射光谱推导出 LHD 外围等离子体中氢同位素体基态的旋转振动布居分布

• DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107592
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer
• 影响因子: 2.3
• 作者: Hiroki Ishihara ;Arseniy Kuzmin;Masahiro Kobayashi;Taiichi Shikama;Keiji Sawada ;Seiki Saito ;Hiroaki Nakamura;Keisuke Fujii ;Masahiro Hasuo;the LHD Experiment Group
• 通讯作者: the LHD Experiment Group

表面分析と分光計測によって明らかになった 水素原子分子の炉内分布と輸送

通过表面分析和光谱测量揭示反应器中氢原子的分布和传输

• 发表时间: 2022
• 期刊: プラズマ・核融合学会誌
• 作者: Takahisa Sakai;Mizuki Sakamoto;Dogyun Hwangbo;Naoki Orikasa;Mikoto Kusumoto;Katsutomo Takatsu;Haru Yoshida;Ryusei Nitta;Aoi Fujimori;服部一匡，石飛尊之，常次宏一;花田和明，四竈泰一，藤井恵介，KUZMIN Arseniy，米田奈生，蓮尾昌裕，後藤基志，小林政弘
• 通讯作者: 花田和明，四竈泰一，藤井恵介，KUZMIN Arseniy，米田奈生，蓮尾昌裕，後藤基志，小林政弘

Measurement of <b>Pa</b>_<i>α</i> line from pellet ablation cloud in Heliotron J

Heliotron J 中颗粒烧蚀云的 <b>Pa</b>_<i>α</i> 线测量

• DOI: 10.1063/5.0101885
• 发表时间: 2022
• 期刊: Review of Scientific Instruments
• 影响因子: 1.6
• 作者: Iwata A.;Kado S.;Murakumo M.;Shikama T.;Motojima G.;Mori A.;Feng C.;Okada H.;Minami T.;Ohshima S.;Kobayashi S.;Ishizawa A.;Nakamura Y.;Konoshima S.;Mizuuchi T.;Nagasaki K.
• 通讯作者: Nagasaki K.

All-optical thermometry using a single multimode fiber endoscope and diamond nanoparticles containing nitrogen vacancy centers

使用单多模光纤内窥镜和含有氮空位中心的金刚石纳米颗粒进行全光学测温

• DOI: 10.1063/5.0102531
• 发表时间: 2022
• 期刊: Review of Scientific Instruments
• 影响因子: 1.6
• 作者: Ishikawa Lisa;Shikama Taiichi;Kakuno Takayuki;Watanabe Takato;Jouda Mazin;Hasuo Masahiro
• 通讯作者: Hasuo Masahiro

プラズマ対向壁近傍の水素分子d3Π準位回転温度に影響を与える素過程の検討

影响面向等离子体壁面附近氢分子d3π能级旋转温度的基本过程研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 米田奈生;四竈泰一;F. Scotti;花田和明;R. E. Bell;A. Maan;et al.
• 通讯作者: et al.