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Study of nLTE kinetic model of high-z ions for laser plasma produced (LPP) EUV sources to fusion plasmas

レーザープラズマEUV光源から核融合プラズマの解析に用いられるnLTE(非局所熱平衡)原子過程モデルの研究

佐々木 明; 村上 泉*; 加藤 太治*; 森田 繁*

Sasaki, Akira; Murakami, Izumi*; Kato, Daiji*; Morita, Shigeru*

非局所熱平衡状態(nLTE)にある高Zプラズマのイオンのポピュレーションやスペクトルを評価するために用いる原子過程モデルの開発について述べる。X線レーザーに用いるAg、EUV光源に用いるSn、核融合で興味のあるWなどのモデルの構築を行っている。非相対論的電子配置で平均化された原子レベル構造に基づき、HULLACコードで計算したエネルギー準位、輻射遷移確率などの原子素過程データを用い、高Zプラズマで重要となる二電子性再結合を考慮している。計算の信頼性を確かめるために、まず、エネルギー準位をコア状態とそれに一電子を付与した一連の励起状態ごとにグループ化し、グループの数を増し、モデルのサイズに対する収束性の評価を行った。次にコード相互比較の国際ワークショップにおいて、他の研究機関のコードとの比較を検証を行い、さらに、磁気閉じ込め核融合プラズマの分光計測との比較を行った。そして、モデル開発の成果と今後の課題について議論した。

The non-local thermodynamic equilibrium (nLTE) atomic kinetics in high-Z plasmas is investigated for Ag, Sn through W, which are used for X-ray lasers, EUV sources and fusion devices. We develop the atomic model based on nl configuration averaged levels structure, with atomic energy levels, radiative rates and autoionization rates calculated using the HULLAC code. The dielectronic recombination processes are included into the model by including autoionizing levels explicitly. We investigate the mean charge and radiative power loss with respect to the size of the model; by defining the groups of the levels, which consist of core a configuration and one excited electron, and by performing calculations increasing the number of groups. It is found that as a general trend, the mean charge decreases and the radiative power loss increases, until convergence is obtained when sufficiently large number of dielectronic recombination channels is included. The model is validated at code comparison workshops and also comparison with spectroscopic measurements, which are carried out using magnetic fusion devices.

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