核融合炉ダイバータ高性能化のための高エネルギー粒子束とプラズマとの相互作用解明

阐明高能粒子流与等离子体之间的相互作用以提高聚变反应堆转向器的性能

• 批准号: 14J04331
• 负责人: 髙橋 宏幸
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J04331/
• 关键词: ダイバータ; ヘリウムプラズマ; 体積再結合; 高エネルギーイオン; 荷電交換; ヘリウム

核融合炉ダイバータ高性能化に向けて、高エネルギーイオン流がプラズマの体積再結合過程に対して与える影響を実験的に明らかにすることが本研究の目的である。本研究ではダイバータプラズマ模擬装置DT-ALPHAとイオンビーム源を併用したビーム重畳実験を行った。本研究を通して取り組んだのは、(1)ビーム重畳実験に最適な空間分布を持つヘリウム体積再結合プラズマの生成、(2)高エネルギーイオン流存在時の電離進行過程の調査、(3)高エネルギーイオン流存在時の体積再結合過程の調査の3項目である。(1)ではプラズマ中の電子―イオン温度緩和時間に着目しビーム重畳実験に最適な空間分布を有するプラズマの生成に成功した。(2)ではヘリウム体積再結合プラズマ中に7 keV程度のヘリウムイオンを入射し分光計測を行った。低主量子数の原子からの発光はイオンビームの流入によって減少が見られ、基底状態ヘリウム原子とビームイオンとの荷電交換反応により定性的な説明が可能であることが示された。 (3)については体積再結合スペクトルをCCD素子を用いて計測しイオンビームの有無で発光強度の比較を行った。その結果再結合スペクトルの強度はビーム存在時に減少が見られた。このような結果を引き起こす一つの要因としてはビームイオンと高励起状態原子の荷電交換反応の影響が考えられる。荷電交換反応が生じたとすれば、沿磁力線方向の再結合スペクトル強度分布が変化し得る。そこでイオンビーム重畳時の再結合スペクトル強度の磁力線方向分布を調査した。僅かではあるがイオンビーム存在時に分布の変化が見られ、定性的には荷電交換反応の影響を支持する結果を得た。体積再結合プラズマと高エネルギーイオンとの相互作用については本研究で初めて調査が行われた内容であり基底状態原子・高励起状態原子ともに荷電交換が発現し得るというダイバータプラズマ研究にとって重要な知見を得た。

The purpose of this study is to investigate the influence of nuclear fusion on the development of high performance nuclear fusion reactor. In this study, the simulation device DT-ALPHA is used to simulate the operation of the system. This study includes three items: (1) volume recombination generation in optimal spatial distribution,(2) investigation of ionization process in the presence of high-intensity flow, and (3) investigation of volume recombination process in the presence of high-intensity flow. (1)The electron temperature in the medium is relaxed, the space distribution is optimized, and the electron temperature is generated successfully. (2)The volume of the sample was measured by a spectrometer at 7 keV. The emission of light from atoms with low principal quantum numbers is reduced by the inflow of light from atoms with low principal quantum numbers, and the charge exchange of light from atoms with low principal quantum numbers is reduced by the inflow of light from atoms with low principal quantum numbers. (3)The CCD element is used to measure the light intensity with or without volume recombination. The result is that the intensity of the sample is reduced when the sample is present. The main reason for this is that the charge exchange reaction of atoms in the high excited state has been studied. The intensity distribution of charge exchange reaction and recombination along the magnetic line direction is changed. To investigate the magnetic line direction distribution of the intensity of the magnetic field in combination with the time of re-examination of the magnetic field. Only when there is a change in the distribution of electricity, the qualitative change in the distribution of electricity and the impact of the exchange of electricity can be obtained. Volume recombination is the first step in this study. The first step is to investigate the content of the base state atom. The second step is to investigate the interaction between the base state atom and the high excitation state atom. The third step is to investigate the important knowledge of the base state atom.

项目成果

高周波プラズマ源DT-ALPHA におけるヘリウムイオン流束制御下のヘリウム体積再結合プラズマ応答

高频等离子体源DT-ALPHA中氦离子通量控制下的氦体积复合等离子体响应

• 发表时间: 2015
• 作者: 高橋宏幸;岡本敦;中村大樹;三浦隆嗣;北島純男
• 通讯作者: 北島純男

高周波プラズマ源DT-ALPHAにおけるヘリウム体積再結合過程に対する高エネルギーヘリウムイオンの影響

高能氦离子对高频等离子体源DT-ALPHA中氦体积复合过程的影响

• 发表时间: 2015
• 作者: 高橋宏幸;岡本敦;高橋拓也;相場健太;板山晋;三浦隆嗣;北島純男
• 通讯作者: 北島純男

Helium Volumetric Recombining Plasma Formation for Energetic Ion Injection in Radio-Frequency Plasma Device DT-ALPHA

射频等离子体装置 DT-ALPHA 中用于高能离子注入的氦体积重组等离子体形成

• DOI: 10.1585/pfr.11.2402059
• 发表时间: 2016
• 期刊: Plasma and Fusion Research
• 影响因子: 0.8
• 作者: Hiroyuki TAKAHASHI;Atsushi OKAMOTO;Takatsugu MIURA;Daiki NAKAMURA;Peerapat BOONYARITTIPONG;Shuhei SEKITA and Sumio KITAJIMA
• 通讯作者: Shuhei SEKITA and Sumio KITAJIMA

高周波プラズマ源DT-ALPHAを用いたヘリウム体積再結合プラズマに対する高エネルギーイオンビーム重畳実験

高频等离子体源DT-ALPHA氦体积复合等离子体高能离子束叠加实验

• 发表时间: 2014
• 作者: 高橋宏幸;岡本敦;大坊昂;高橋拓也;坪田慎平;北島純男
• 通讯作者: 北島純男

高周波プラズマ源DT-ALPHAにおける高エネルギーイオン流存在下の高励起状態ヘリウム原子空間分布の調査

研究高频等离子体源 DT-ALPHA 中高能离子流存在下高激发态氦原子的空间分布

• 发表时间: 2016
• 作者: 高橋宏幸;中村大樹;三浦隆嗣;Boonyarittipong Peerapat;岡本敦,北島純男
• 通讯作者: 岡本敦,北島純男