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

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。

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。