Experimental verification of a new plasma transport process via Rydberg atomic state

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核融合装置の炉壁前面に生成される低温高密度プラズマ中では、電子－イオン再結合過程により“高励起状態原子（リュードベリ原子）”が多量に生成される。この電子－イオン－リュードベリ原子の共存する環境下でのプラズマ輸送を、パルス状電子ビームと高時間分解能レーザートムソン散乱計測を用いて詳細に調査し、低温化されたプラズマ中で増幅するリュードベリ原子状態を介した全く新しいプラズマ輸送過程を明らかにすることが本研究の目的である。初年度である2023年度は、直線型装置NAGDIS-IIで生成された定常ヘリウムプラズマに対してタングステン電極、および仕事関数の低い六ホウ化ランタン（LaB6）電極を挿入して実験を行った。プラズマによる自己加熱の方法として、正バイアスにより電子加熱を行った後にパルス的に負バイアスを印加して電子ビームを放出する方法と、負バイアスを印加し続けてイオン加熱により電子ビームを放出する方法の２通りについてその特性を調査した。また、電子ビームの到達距離を調べるため、電子ビーム源から軸方向に離れた位置に静電プローブや高速カメラを設置し、パルス状電子ビーム放出前後の応答を確認した。その結果、電子ビーム放出に起因する発光強度の増加は磁力線に沿って広い範囲で観測されるが、電子ビームの減衰長は短いという結果が得られた。中性粒子との弾性衝突や電離過程が影響していると考えられ、より詳細な計測と理解が必要となっている。また、電子ビームを再結合プラズマへ入射し、フォトマルを用いて高速計測された発光スペクトルの初期データを取得した。