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論文

Alignment creation and deviation from statistical population distribution in hydrogen $$n$$=3 levels observed on MSE spectra of LHD plasma

岩前 敦; 坂上 篤史*; 安宅 誠*; 澤田 圭司*; 後藤 基志*; 森田 繁*

Plasma Physics and Controlled Fusion, 51(11), p.115004_1 - 115004_15, 2009/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:69.85(Physics, Fluids & Plasmas)

We have observed motional-Stark-effect (MSE) spectra of Balmer-$${alpha}$$ line emitted from a heating neutral-hydrogen beam on the Large Helical Device. Polarization-resolved spectral profile indicates that the magnetic-sublevel populations in the upper level slightly deviate from the statistical distribution, i.e., alignment is created. The theoretical proton-impact cross sections with the assumption of corona equilibrium, however, lead to a profile in gross disagreement with the observed one. It is suggested that, the observed profile is the result of time integration of light emission of atoms during the relaxation process, i.e., the aligned population distribution is created by the directional proton collisions and elastic proton collisions destroy the alignment, finally leading to statistical distribution.

論文

Spatial structure of volume recombination in JT-60U detached divertor plasmas

藤本 加代子; 仲野 友英; 久保 博孝; 澤田 圭司*; 滝塚 知典; 川島 寿人; 清水 勝宏; 朝倉 伸幸

Plasma and Fusion Research (Internet), 4, p.025_1 - 025_7, 2009/08

体積再結合はダイバータ板への熱流速及び粒子束の減少に重要な役割を果たすため、非接触ダイバータプラズマにおける体積再結合の役割を解明することは、ITERや定常炉に向けた最重要研究課題のひとつである。本研究では、非接触ダイバータプラズマを2次元で計測することにより、電離及び再結合領域の空間構造を明らかにした。また、重水素バルマー系列線の発光強度を衝突放射モデルを用いて計算した発光強度と比較して、電子温度,電子密度及び原子密度を決定した。Lモードプラズマの非接触ダイバータプラズマを、約1cmの空間分解能で、2方向から92視線(縦60視線,横32視線)で分光計測した。分光器は350$$sim$$800nmの観測波長帯域を持ち、全バルマー系列線を同時に測定することができる。内側非接触ダイバータプラズマでは内側ストライク点上部の広い領域に再結合領域が存在し、外側ダイバータ板に沿って電離領域が存在することがわかった。また、両側非接触ダイバータプラズマでは内側ストライク点上部の狭い領域と外側ストライク点近傍に再結合領域が存在することを明らかにした。

論文

Modification of tomography technique for two-dimensional spectroscopic measurement in JT-60U divertor plasmas

藤本 加代子; 仲野 友英; 久保 博孝; 澤田 圭司*; 滝塚 知典; 清水 勝宏; 川島 寿人; 朝倉 伸幸

Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1121_1 - S1121_4, 2007/11

ダイバータ板への熱負荷軽減に有効な非接触ダイバータでは電離・再結合プラズマが2次元分布している。本研究では非接触ダイバータプラズマのエネルギー損失過程や原子分子過程の理解に向けて、JT-60Uダイバータプラズマの2次元分光測定を行った。電離・再結合プラズマの情報は重水素のバルマー系列線を観測することで得られるため、本研究ではCCD検出器を持つ広帯域分光測定装置を用いてJT-60Uダイバータ領域を2方向から分光測定した。得られた線積分計測値から2次元発光強度分布をコンピュータ・トモグラフィー手法(最大エントロピー法)を用いて導出した。しかし、2方向データによる2次元分布の導出は計算や測定による誤差が大きく、滑らかな画像が得にくいという難点があった。本研究では計算メッシュを正方形(正方形メッシュ)から視線に沿った四角形(視線方向メッシュ)に変化させることで誤差を小さくすることを考えた。その結果、正方形メッシュより視線方向メッシュのほうが誤差が少なく、また滑らかな2次元分布を得ることができた。

論文

Spectroscopic study of hydrogen particle behavior in attached and detached divertor plasmas of JT-60U

久保 博孝; 竹永 秀信; 澤田 圭司*; 仲野 友英; 小林 進二*; 東島 智; 朝倉 伸幸; 清水 勝宏

Journal of Nuclear Materials, 337-339, p.161 - 165, 2005/03

 被引用回数:15 パーセンタイル:24.51(Materials Science, Multidisciplinary)

核融合研究では、ダイバータプラズマ中の水素粒子(水素分子,原子,イオン)の挙動の理解がダイバータを用いた粒子熱制御を確立するうえで必要である。JT-60Uでは、接触及び非接触ダイバータプラズマにおける水素粒子挙動を理解するために、水素原子のバルマー線及び水素分子のFulcher線を観測し、水素分子を考慮した衝突放射モデルと中性粒子輸送コードを用いて解析した。H$$epsilon$$線の強度測定から、MARFE発生時の非接触ダイバータプラズマでは、水素イオン-電子再結合によって失われるイオン束は、内側ダイバータではダイバータ板に到達するイオン束の約1倍、外側ダイバータでは約0.5倍であると評価された。また、水素分子線強度は接触ダイバータプラズマではダイバータ板から離れるにつれて約1cmの減衰長で小さくなるが、非接触ダイバータプラズマでは減衰長は約4cmであり、非接触ダイバータプラズマでは水素分子がダイバータ領域に深く侵入することが観測された。接触ダイバータプラズマに対しては、観測された水素分子線強度分布は水素分子の衝突放射モデルを用いた中性粒子輸送コードによって再現できた。

論文

Divertor spectroscopy with molecular transport

久保 博孝; 竹永 秀信; 仲野 友英; 東島 智; 清水 勝宏; 澤田 圭司*; 小林 進二*; JT-60チーム

Nuclear Fusion Research; Springer Series in Chemical Physics, Vol.78, p.121 - 134, 2004/11

ダイバータ板に到達した水素イオンのほとんどは水素分子として再放出される。炭素材ダイバータ板では、化学スパッタリングによって炭化水素分子が発生する。これら分子の挙動の理解は、ダイバータを用いた熱粒子制御を確立するために重要である。ここでは、分子輸送に関するダイバータ分光について、おもにJT-60Uでの最近の研究に基づいて、幾つかの話題を述べる。接触ダイバータプラズマでは、水素分子及び炭化水素分子の輸送を調べるために分子分光が役立っている。また、水素分子が水素原子の生成,輸送,発光に及ぼす影響に関して調べられている。一方、非接触ダイバータプラズマでは、プラズマパラメータの分布測定,振動励起など複雑な分子過程を考慮した解析が課題である。また、本研究における分子データの応用及び必要性に関して議論する。

論文

Spectroscopic diagnostics in boundary plasmas

仲野 友英; 藤本 孝*; 後藤 基志*; 畑山 明聖*; 門 信一郎*; 加藤 隆子*; 季村 峯生*; 久保 博孝; 村上 泉*; 大野 哲靖*; et al.

Annual Report of National Institute for Fusion Science; April 2003 - March 2004, P. 414, 2003/10

核融合科学研究所共同研究「境界層プラズマの分光診断」の概要について報告する。本共同研究では研究会形式の作業会を平成15年12月に開催した。研究協力者以外にも学生を含めた聴講者が10人を超え、活発な議論が行われた。講演者はデータ生産,モデリング/解析コード作成及び実験データ解析に携る研究者の3グループに分類され、それぞれの立場から研究の進展状況・課題などがまとめて報告された。各人の研究内容は学術的な観点から有機的に結びつくものであり、参加者においては相互横断的な知見が得られ、関連する原子分子データの必要性が改めて認識された。

論文

ダイバータプラズマにおける体積再結合

久保 博孝; 澤田 圭司*

プラズマ・核融合学会誌, 74(6), p.562 - 567, 1998/06

国際熱核融合実験炉では、ダイバータ板への熱負荷を軽減するために、非接触ダイバータ・プラズマを標準の運転モードとしている。従来、ダイバータ・プラズマでは、イオンがダイバータ板で再結合し、中性粒子となってダイバータ板から放出され、それが電離されながら輸送される状態にあると考えられていた。しかし、最近、非接触ダイバータ・プラズマでは、プラズマ・イオンがダイバータ板に到達するまでに再結合する現象(体積再結合)が観測された。この体積再結合は、非接触ダイバータ・プラズマにおけるイオン流束の減少に重要な役割を果たすと考えられている。したがって、ダイバータ・プラズマにおける体積再結合過程の理解は、次期核融合装置の運転モードの検討及び性能評価に重要である。また、低温高密度プラズマ中のプラズマ素過程のひとつとして、体積再結合はプラズマ分光学的にも興味深い現象である。ここでは、ダイバータ・プラズマにおける体積再結合に関する最近の研究を、特に分光診断に関するものを中心に紹介する。

口頭

JT-60U非接触ダイバータプラズマにおける電離及び再結合プラズマの2次元分布測定

藤本 加代子; 仲野 友英; 久保 博孝; 清水 勝宏; 澤田 圭司*; 川島 寿人; 朝倉 伸幸

no journal, , 

非接触ダイバータプラズマでは、プラズマがダイバータ板に到達するまでに再結合する再結合プラズマと中性粒子が電離しプラズマとなる電離プラズマが2次元分布する。本研究では非接触ダイバータプラズマのエネルギー損失過程や原子分子過程の理解を目的に、電離及び再結合プラズマの2次元空間分布を導出した。電離及び再結合プラズマの診断には重水素バルマー系列線(365-656nm)の同時計測が有効である。本研究では測定波長範囲350-800nmの広帯域可視分光器を用いて非接触ダイバータプラズマを観測し、トモグラフィー手法を用いて2次元発光強度分布を導出した。内側非接触・外側接触ダイバータプラズマにおけるD I(p=2-4)は外側ダイバータ領域全体と内側ストライク点上部からX点に向かって強い発光領域を持つことがわかった。同様にD I(p=2-5)の2次元発光強度分布を導出し、これらの2次元発光強度比を得た。得られた発光強度比を衝突放射モデルで計算した比と比較し、電離及び再結合成分の診断を行った。その結果、内側ストライク点上部では再結合成分が、また外側ストライク点近傍では電離成分が支配的であると考えられる。

口頭

Two-dimensional structure of volume recombination in JT-60U detached divertor plasmas

藤本 加代子; 仲野 友英; 久保 博孝; 澤田 圭司*; 滝塚 知典; 川島 寿人; 清水 勝宏; 朝倉 伸幸

no journal, , 

非接触ダイバータプラズマにおける体積再結合は、ダイバータ板へのイオン束の減少に重要な役割を果たす。2次元分光計測は、体積再結合の空間構造の解明に有効な手法のひとつである。本研究では、非接触ダイバータプラズマの重水素バルマー系列線を約1cmの空間分解能で2次元計測し、D$$beta$$とD$$alpha$$の発光強度比と、衝突放射モデルを用いて計算した発光強度比を比較した。発光強度比から、D$$beta$$の発光には再結合成分が含まれていることがわかった。このような領域は、ポロイダル断面の内側ストライク点上部にr方向に8cm,z方向に4cmの幅で分布している。この領域では、重水素バルマー系列線の発光強度比から、電子密度は約1$$times$$10$$^{20}$$m$$^{-3}$$,電子温度は0.3eV以下と見積もれた。

口頭

水素原子の輻射輸送を考慮した水素原子・分子中性粒子輸送コードの構築

出井 諒*; 澤田 圭司*; 星野 一生; 朝倉 伸幸

no journal, , 

核融合プラズマにおいて水素原子ライマン系列発光線の輻射輸送は、それを考慮しない場合に比べ電離を増大させるなど、粒子・エネルギーバランスに影響を及ぼす可能性がある。輻射輸送の計算では、光の放射・吸収によりプラズマ中の各場所の原子がお互いに影響を及ぼし合うため、プラズマ全体を同時に扱うことが必要になる。我々は、$$T_e$$, $$n_e$$, $$n_H$$(水素原子密度)、$$T_H$$(水素原子温度)空間分布が与えられた系に対して、輻射輸送の効果を収束計算で求める手法を開発している。本研究ではこれを原型炉SlimCSの内側ダイバータで考えられている完全非接触プラズマに適用した。ダイバータコードSONICの計算結果($$T_e$$, $$n_e$$, $$n_H$$, $$T_H$$:輻射輸送は考慮されていない)を用いて、輻射輸送の影響を調べた。その結果、輻射輸送を考慮すると、再結合プラズマ状態とされていた場所のなかで電離プラズマが現れることがわかった。

口頭

GAMMA10/PDXエンド部における非接触プラズマ形成とその特性評価

中嶋 洋輔*; 市村 和也*; 武田 寿人*; 岩元 美樹*; 細田 甚成*; 清水 啓太*; 大木 健輔*; 坂本 瑞樹*; 大野 哲靖*; 門 信一郎*; et al.

no journal, , 

GAMMA10/PDXでは、非接触プラズマの生成と特性評価を目的として、ダイバータ模擬実験モジュール内部に設置したV字ターゲットへのプラズマ照射実験を行っている。ダイバータ模擬実験モジュール内に水素または希ガス(アルゴンやキセノン)を入射することで、V字ターゲット前面での非接触プラズマの形成に成功した。このとき、V字ターゲットへの熱粒子負荷の減少を観測した。また、V字ターゲットのコーナー部で測定した電子温度が数十eVから3eVに低下した。この電子温度の低下は分子活性化再結合が原因である可能性が高い。また、非接触プラズマの形成には、モジュール内へ水素ガスとキセノンガスの両方を入射することが効果的であった。

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