窒素-水素複合ガス入射による非接触プラズマ形成過程の解明

氮氢复合气体注入非接触等离子体形成过程的阐明

• 批准号: 22H01198
• 负责人: 江角 直道
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01198/
• 关键词: プラズマ; 核融合; ダイバータ; 非接触プラズマ; 原子分子反応過程; プラズマ－ガス相互作用; 原子分子過程; 水素; 窒素; 高速度カメラ

プラズマとガスとの相互作用によりダイバータ領域に形成される非接触プラズマの挙動の理解とその制御方法の確立は、磁場閉じ込め核融合炉の実現に不可欠なダイバータ板への熱粒子負荷低減、炉心プラズマとの整合性の観点において解決すべき重要な課題である。窒素・水素の複合ガス入射に伴う、窒素分子と水素分子が介在するプラズマ再結合過程は水素分子のみが介在する再結合過程よりも高い反応レートを有することから非接触プラズマ制御への期待が高い。そこで本研究では水素ガスおよび窒素ガスとプラズマの相互作用に焦点をあて、物理化学的な原子分子反応過程を詳細に調べ、それらが非接触プラズマ形成とその時空間構造に与える影響を明らかにすることを目的としている。2022年度は、水素-窒素ガス重畳入射による非接触プラズマの時空間構造非接触プラズマを形成するため、V字ターゲットを有するGAMMA10/PDXダイバータ模擬モジュールにおいて、4波長の空間分布を同時に計測可能な光学系（４分岐光学系アルバプリズム）を組み込んだ高速度カメラを導入し、高い時空間分解能での観測を実現した。分子活性化再結合過程で特徴的な振る舞いを示す水素バルマー線のHα(656nm)とHβ(486nm)、窒素分子第１正帯, 窒素原子の波長に注目し、各波長の発光強度分布の比を取るなど詳細な解析を行なった。水素ガスのみを入射した場合は、水素分子の介在するによる分子活性化再結合(H-MAR)がV字ターゲットに挟まれた領域を起点として時間とともにその範囲が広がることを示唆する結果を得た。また、窒素ガスと水素ガスの重畳入射時にはH-MAR が抑制されるものの、電子密度は水素ガスのみを入射した場合と比べてV字ターゲット中央部でも大きく低下することがマイクロ波干渉計による観測から明らかになり、窒素分子の介在した再結合過程が重要な役割をしていることを明らかにした。

プ ラ ズ マ と ガ ス と の interaction に よ り ダ イ バ ー タ field に formed さ れ る non-contact プ ラ ズ マ の 挙 dynamic の understand と そ の の established は suppression method, magnetic field closed じ 込 め nuclear fusion furnace の be に now do not owe な ダ イ バ ー タ plate へ の low particle load reduction, furnace heart プ ラ ズ マ と の integrated の 観 point に お い て solve す べ き important topic な で あ る. Smothering の composite element, water element ガ ス incident に う, smothering molecule と water molecule が interface in す る プ ラ ズ は マ recombination process water molecule の み が interface in す る recombination process よ り も high い anti 応 レ ー ト を have す る こ と か ら non-contact プ ラ ズ マ suppression へ の expect high が い. そ こ で this study で は water element ガ ス お よ び smothering element ガ ス と プ ラ ズ マ の interaction に focus を あ て, physical chemistry な atom molecule 応 process を に べ, detailed そ れ ら が non-contact プ ラ ズ マ form と そ の に space structure and え る influence を Ming ら か に す る こ と を purpose と し て い る. 2022 は, water element - smothering ガ ス heavy 畳 incident に よ る non-contact プ ラ ズ マ spatial structure の non-contact プ ラ ズ マ を form す る た め, V タ ー ゲ ッ ト を have す る GAMMA10 / symbol ダ イ バ ー タ simulation モ ジ ュ ー ル に お い て の spatial distribution を に at the same time, four wavelength measuring may な light department (department of 4 divisions light ア ル バ プ The リズム) を group み込んだ at high speed カメラを import カメラを and high <s:1> time-space decomposition can で 観 観 観 measure を reality た. Molecular activation process combining で な vibration of 徴 る dance い を す water element in バ ル マ ー line の H alpha (656 nm) と H beta (486 nm), smothering molecule is 帯 1, smothering atomic に attention し の wavelength, the wavelength の 発 の light intensity distribution ratio を る take な ど detailed analytical line を な な っ た. Water element ガ ス の み を incident し は た occasions, water molecule の interface in す る に よ る molecular activation recombination (H - MAR) が V タ ー ゲ ッ ト に carry ま れ を た field beginning と し て time と と も に そ の van 囲 が hiroo が る こ と を in stopping す た を る results. Youdaoplaceholder0, nitrine ガスと, hydroxine ガス, bulk weight 畳 incident に H-MAR が inhibit さ れ る も の の, electron density は water element ガ ス の み を incident し と た occasion than べ て V タ ー ゲ ッ ト central department で も big き く low す る こ と が マ イ ク ロ wave dry involved meter に よ る 観 measuring か ら Ming ら か に な り, smothering molecule の interface in し た recombination process が important cut を な service し て い る こ と を Ming ら か に し た.

项目成果

UCSD(米国)

加州大学圣地亚哥分校（美国）