実験室プラズマで解き明かす非接触ダイバータの構造形成過程と非定常ダイナミクス

实验室等离子体揭示非接触偏滤器的结构形成过程和非定常动力学

• 批准号: 20H01883
• 负责人: 高橋 宏幸
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H01883/
• 关键词: 磁場閉じ込め核融合; 非接触ダイバータ; 体積再結合; 高エネルギーイオン; 高周波プラズマ; 分子活性化再結合; DT-ALPHA; Retarding field analyzer; 高エネルギー水素イオン; イオン温度; 高周波プラズマ源

(1)水素分子活性化再結合プラズマ(MARプラズマ)の生成を目指し、水素プラズマに対する水素二次ガス導入実験を行った。MARプラズマ形成時に特有の傾向である電子密度のロールオーバーと電子温度の単調減少を確認した。それを受けて、(a)水素バルマー系列線強度比(Hα/Hβ)および(b)イオン交換反応率の圧力応答計測を実施した。(a)においては、解離性付着を伴うMAR(DA-MAR)に特有のHα光の選択的な増加は見られなかった。そのため、観測されたロールオーバーがイオン交換を伴うMAR(IC-MAR)に由来する事が示唆された。そこで、分光計測と静電プローブ計測を組み合わせてイオン交換の反応率を評価した。その結果、イオン交換の反応率が最大となる圧力が電子密度が最大となる圧力と対応している事が判明した。IC-MARはDA-MARと異なり直接的な検出指標を持たないが、IC-MARの進展を裏付ける結果を得る事に成功し、その手法も確立する事ができた。(2)Retarding field analyzer(RFA)を用いて磁力線に平行な方向と垂直な方向のイオン温度を同時に導出する手法を開発した。イオン案内中心とラーマー半径の大きさによって生じる速度の選択性を利用する事で2方向のイオン温度を計測する手法である。DT-ALPHAを用いて本手法の原理実証に取り組んだ。ヘリウムプラズマを対象にRFAとIon sensitive probe (ISP)を用いた計測を行った。RFAとISPから求めた垂直方向イオン温度は良好な一致を示し、提案した手法の妥当性を確認する事ができた。体積再結合が強く進展するプラズマではイオン温度に非等方性が生じる可能性があり、それぞれを独立に計測する必要がある。本研究によって、単一の計測器を用いて単一の放電から異なる2方向のイオン温度を同時に得る事が可能となった。

(1) water molecule activeness combining プ ラ ズ マ (MAR プ ラ ズ マ) の generated を refers し, water element プ ラ ズ マ に す seaborne る water element quadratic ガ ス import be 験 を line っ た. MAR プ ラ ズ マ formed characteristic の に tendency で あ る electron density の ロ ー ル オ ー バ ー と electronic temperature の 単 adjustable reducing を confirmation し た. そ れ を by け て, (a) water element バ ル マ ー series line intensity than alpha beta/H (H) お よ び (b) イ オ ン rate of exchange against 応 の pressure 応 a measuring を be applied し た. (a) に お い て は and solution from sex pay the を う MAR (DA - MAR) に の H alpha unique light の sentaku な raised plus は see ら れ な か っ た. そ の た め, 観 さ れ た ロ ー ル オ ー バ ー が イ オ ン を exchange with う MAR (IC - MAR) に origin す が る things in business さ れ た. そ こ で, spectrometer measuring と electrostatic プ ロ ー ブ measuring を group み close わ せ て イ オ ン exchange の reverse 応 rate を review 価 し た. そ の results, イ オ ン exchange の が 応 rate the biggest と な る pressure が electron density が biggest と な る pressure と 応 seaborne し て い る matter が.at し た. IC - MAR は DA - MAR と different な り direct な 検 out index を hold た な い が, IC - MAR の progress in pay け を る に し success results る を, そ の gimmick も establish す る matter が で き た. (2) the Retarding field analyzer (RFA) を い て lines parallel な に direction と な vertical direction の イ オ ン temperature を に export at the same time す る gimmick を open 発 し た. イ オ ン case within the center と ラ ー マ ー radius の big き さ に よ っ て raw じ る speed の sentaku を using す る matter で 2 direction の イ オ を ン temperature measuring す る gimmick で あ る. DT-ALPHAを uses を て to prove the principle of this method に to take the を set んだ. ヘ リ ウ ム プ ラ ズ マ を like に seaborne RFA と Ion sensitive probe (ISP) を い た measuring line を っ た. RFA と ISP か ら o め た vertical イ オ ン temperature consistent good は な を し, proposal し た gimmick の justice を confirm す る matter が で き た. Volume coupled with strong が く progress す る プ ラ ズ マ で は イ オ ン temperature に non isotropic が raw じ る possibility が あ り, そ れ ぞ れ を independent に measuring す る necessary が あ る. This study に よ っ て, 単 の meter sensor を with い て 単 の electric discharge か ら different な る 2 direction の イ オ ン temperature を が る things at the same time に could と な っ た.

项目成果

Dependence of Plasma Parameters in Hydrogen Discharges on Magnetic Field Configuration and Neutral Pressure in the DT-ALPHA Device

DT-ALPHA 装置中氢气放电中的等离子体参数对磁场结构和中性压力的依赖性

• DOI: 10.1585/pfr.15.1201056
• 发表时间: 2020
• 期刊: Plasma and Fusion Research
• 影响因子: 0.8
• 作者: SEINO Tomohiro;TAKAHASHI Hiroyuki;BOONYARITTIPONG Peerapat;SAIKYO Takeshi;OGASAWARA Kenta;OKAMOTO Atsushi;KITAJIMA Sumio;TOBITA Kenji
• 通讯作者: TOBITA Kenji

Development of an ion beam measurement instrument for divertor simulation experiments in radio-frequency plasma

射频等离子体偏滤器模拟实验离子束测量仪的研制

• DOI: 10.1063/5.0009321
• 发表时间: 2020
• 期刊: AIP Advances
• 影响因子: 1.6
• 作者: Takahashi Hiroyuki;Okamoto Atsushi;Kitajima Sumio;Tobita Kenji
• 通讯作者: Tobita Kenji

Impact of selective ion transmission on measurement by retarding field analyzer

• DOI: 10.1063/5.0144798
• 发表时间: 2023-05
• 期刊: Physics of Plasmas
• 影响因子: 2.2
• 作者: H. Takahashi;T. Seino;R. Nishimura;K. Yoshimura;A. Kanno;T. Hara;Y. Takahashi;S. Kagaya;A. Matsuyama;Y. Hayashi;K. Tobita

多重極カスプ磁場を用いた直線プラズマ装置の概念研究

利用多极尖点磁场的线性等离子体装置的概念研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 西村涼汰;清野智大;吉村渓冴;菅野耀広;髙橋優作;原智也;髙橋宏幸;松山顕之 ;星野一生 ;飛田健次
• 通讯作者: 飛田健次

DT-ALPHAにおけるヘリウム再結合プラズマの空間分布計測

DT-ALPHA中氦复合等离子体的空间分布测量

• 发表时间: 2021
• 作者: 高橋宏幸;Muhammad Naufal Winarto;Boonyarittipong Peerapat;清野智大;草開薫;坂田裕紀;吉村渓冴;北島純男;岡本敦;飛田健次
• 通讯作者: 飛田健次