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

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。