Experimental study of Gamow-Teller transitions via the high-energy-resolution O(He,)F reaction; Identification of the low-energy "super" -Gamow-Teller state

藤田 浩彦*; 藤田 佳孝*; 宇都野 穣; 吉田 賢市*; 足立 竜也*; Algora, A.*; Csatls, M.*; Deaven, J. M.*; Estevez-Aguado, E.*; Guess, C. J.*; et al.

Physical Review C, 100(3), p.034618_1 - 034618_13, 2019/09

AA2019-0318.pdf:1.1MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.100.034618

大阪大学のリングサイクロトロンにてO(He,)F反応実験を行い、その荷電交換反応の断面積から、のガモフテラー遷移分布の励起エネルギー分布を測定した。その結果、Fの基底状態へのが3.1と非常に大きく、その他の励起状態への遷移強度は小さいことがわかった。この実験結果を大規模殻模型計算や乱雑位相近似計算と比較し、基底状態への強い遷移が理論計算によってよく説明されることがわかった。

Feasibility of local fast ion distribution function measurement on JT-60U by means of neutral heating beams

Mironov, M. I.*; Khudoleev, A. V.*; 草間 義紀

Proceedings of 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (CD-ROM), 4 Pages, 2003/07

JT-60では、イオンサイクロトロン波を用いた少数イオン加熱によってMeV領域まで加速されたイオンは、水素様の軽元素不純物イオンとの荷電交換によって中性化され、プラズマを飛び出して中性粒子分析器で検出される。中性粒子ビーム(NB)との荷電交換で生成される水素様の不純物イオンは、トロイダル方向に動き、分析器の視線を横切る。そのため、NBが分析器の視線を横切らなくても、NBは分析器信号を増大させる。不純物イオンは、トロイダル方向及びポロイダル方向に動くため、分析器の視線に対する各々のビームの寄与を注意深く取り扱うモデルを開発してきた。JT-60では、NBは多様なトロイダル位置から異なった角度でプラズマに入射される。この論文では、各々のNBからの分析器信号への寄与を評価することにより、異なる半径から放出される中性粒子を区別でき、その結果、局所的なエネルギー分布を測定できることを示す。NBによって生成される水素様不純物イオンの空間分布を計算するため、トカマクの配位やNB入射を正確に取り入れ、ビームのプラズマ中での減衰,不純物イオンのトカマク磁場中での運動,プラズマイオンや中性粒子との衝突を取り扱うことができるモンテカルロコードを開発した。

Recombining plasma X-ray laser assisted by charge exchange recombination

河内 哲哉; 加道 雅孝; 田中 桃子; 長谷川 登; 長島 章; 加藤 義章

Journal de Physique, IV, 11(Pr2), p.Pr2_225 - Pr2_258, 2001/07

荷電交換再結合は、(1)再結合断面積が10cmと大変大きいこと、(2)再結合する先が選択的であることなどの理由で、X線レーザーの高効率化のうえで有用な方法であると考えられている。今回、われわれは、炭素プラズマと中性子のヘリウム原子の衝突を考えて、その際に荷電交換再結合によって生じる水素様炭素n=3の励起状態と同イオンの基底状態間の反転分布量を数値シミュレーションによって評価した。さらにこの方法による予備実験を行ったので、その結果についても報告を行う。

Charge-exchange reactions with a secondary triton beam

Sherrill, B. M.*; 秋宗 秀俊; Austin, S. M.*; Bazin, D.*; Van den Berg, A. M.*; Berg, G. P. A.*; Caggiano, J.*; 大東 出*; 藤村 寿子*; 藤田 佳孝*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 432(2-3), p.299 - 304, 1999/08

https://doi.org/10.1016/S0168-9002(99)00518-5

二次トリチウムビームが560MeV粒子の分裂反応から生成され、中間エネルギー領域での(t,He)反応に用いられた。実験は国立超伝導サイクロトロン施設で行われた。分散整合技術とRay-tracingを用いて350MeV(t,He)反応で分解能160keVが達成された。この結果は中間エネルギー領域で不安定核ビームを用いても(n,p)タイプの核反応を用いた核構造の研究が開始できることを意味している。

Neutral particle analysis in Mev energy range and relative role of He and C ions in fast proton neutralization in ICRF and combined ICRF/NBI-heated JT-60U plasmas

Afanassiev, V. I.*; 草間 義紀; 根本 正博; 近藤 貴; Petrov, S. Y.*; Kozlovskij, S. S.*; 佐藤 稔; 森岡 篤彦; 塚原 美光; 西谷 健夫; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 39(10), p.1509 - 1524, 1997/10

https://doi.org/10.1088/0741-3335/39/10/002

ロシア・ヨッフェ研究所との協力でJT-60Uに導入したアルファ粒子分析器を用いて、以下のことが明らかとなった。(1)検出器の水素粒子に対するエネルギー分解能及び中性子に対する検出感度は較正結果とほぼ一致した。(2)ヘリウムプラズマにおいては、ICRF加熱で生成される高速プロトンの中性子過程は、0.4MeV以下ではHe、0.6MeV以上ではCとの荷電交換が主である。(3)ICRFとNBIを用いた複合加熱時にビームの入射位置を変えると、HeとCの平均自由行程の違いから高速プロトンの中性化への寄与が変化し、中性粒子スペクトルに差が生じる。その他、ICRF加熱パワーを変えた場合及びプラズマ密度を変えた場合についても、高速プロトンの中性化におけるHeとCの役割について述べる。

Improvement of the density limit with an external helical field on JFT-2M tokamak

玉井 広史; 荘司 昭朗; 永島 圭介; 三浦 幸俊; 山内 俊彦; 小川 宏明; 川島 寿人; 松田 俊明; 森 雅博; 居田 克巳*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 220-222, p.365 - 369, 1995/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(94)00656-3

JFT-2Mトカマクにおける外部ヘリカル磁場の印加による密度限界の改善を、ヘリカル磁場と周辺プラズマの相互作用という観点から調べた。ヘリカル磁場を加えることによりプラズマ周辺部の放射損失が減少し、密度限界が最大30%増加した。密度限界付近での内部インダクタンスはヘリカル磁場の有無にかかわらずほぼ同じ値まで増加する。ヘリカル磁場を加えるとインダクタンスの増加が遅れるため、ヘリカル磁場のないときの限界を越えて密度を上げることができる。荷電交換再結合放射スペクトルを用いた分光測定によると、ヘリカル磁場を加えると正の径方向電場が形成されており、プラズマ周辺部での電子損失の増大と定性的に一致している。密度限界の改善は、この形成された電場が不純物イオンのプラズマ中への混入を防いで周辺部の放射損失を抑制し、内部インダクタンスの増加を抑えたことによると考えることができる。

Ion temperature profile simulation of JT-60 and TFTR plasmas with ion temperature gradient mode transport models

白井 浩; 平山 俊雄; 小出 芳彦; 吉田 英俊; 内藤 磨; 佐藤 正泰; 福田 武司; 杉江 達夫; 安積 正史; D.R.Mikkelsen*; et al.

Nuclear Fusion, 34(5), p.703 - 727, 1994/00

https://doi.org/10.1088/0029-5515/34/5/I09

JT-60及びTFTRでは、中性粒子入射(NBz)加熱時に荷電交換再結合分光(CXRS)によりイオン温度分布が測定されている。このイオン温度分布の実験値と、イオン温度勾配不安定性(モード)及びドリフト波不安定性(捕捉電子モード等)に基づくイオン熱拡散係数のモデルを用いて計算で得られた分布を比較した。JT-60のLモードプラズマでは広範囲なプラズマパラメータ領域において実験値と計算値は良い一致を示した。TFTRのLモードプラズマでは、プラズマの周辺領域において計算値は実験値よりも高くなった。プラズマの中心イオン温度が10keVを超える高イオン温度モードプラズマでは、イオン温度の分布は実験のそれに比べると平坦で、かつ中心イオン温度もかなり低いものになった。高イオン温度モードプラズマでは、これらの不安定性の安定化機構や他の輸送機構(熱ピンチ等)を考慮する必要がある。

H-mode transition physics studies in JT-60U; The Role of shear flow, turbulent fluctuation and edge ion collisionality

福田 武司; 菊池 満; 小出 芳彦

Proc. of the 20th EPS Conf. on Controlled Fusion and Plasma Physics,Vol. 17C,I, p.I-31 - I-34, 1993/00

JT-60Uで観察されるH-モード遷移現象を調べた結果、(1)乱流揺動強度がポロイダル回転速度のシアー増大に伴って減少すること、(2)不純物の寄与を取り込んだ実効的なイオンの衝突度は、磁場が低い場合に0.5近傍の値をとるが、4Tの放電では極端に小さくなることを示した。また、(3)通常のH-モード放電ではプラズマの周辺部において電子の反磁性ドリフト方向へのポロイダル回転が生じ、急峻な径方向内向きの電場の勾配が生成されるのに対し、高ポロイダル・ベータH-モード放電では規格化半径にして0.8~1.0の領域で径方向外側向きの電場が生じることを示した。さらに、磁場の乱流揺動強度の増大がこの場合に確認されたことから、高エネルギー電子のH-モード遷移への係わりを指摘した。これらの結果は、これまでの中型トカマクにおけるH-モード現象に対する理解を飛躍的に発展させるものである。

Confined alpha particle diagnostics in JT-60U

草間 義紀; 飛田 健次; 伊藤 孝雄; 根本 正博; 塚原 美光; 竹内 浩

Review of Scientific Instruments, 61(10), p.3220 - 3222, 1990/10

https://doi.org/10.1063/1.1141639

核融合炉級トカマクにおいてはアルファ粒子の閉じ込め特性に関する研究が重要である。高エネルギー診断用ビームを用いた二重荷電交換法はアルファ粒子診断法として最も信頼性の高いものと考えられている。JT-60Uではアルファ粒子の挙動を研究するため、アルファ粒子生成実験が予定されている。診断用ヘリウムビームを用いたアルファ粒子測定が計画されており、そのためのアルファ粒子束とスペクトルが評価された。このヘリウムビームを用いることにより1.8MeVまでのアルファ粒子の測定が期待でき、そのスペクトルからアルファ粒子の閉じ込めに関する知見が得られる見通しである。今日のトカマクでアルファ粒子測定法を確立することは、次期装置における測定法を確立するうえで極めて重要である。本論文では、次期装置におけるアルファ粒子測定についても言及する。

Power Balance in the Divertor-Tokamak DIVA

木村 晴行

JAERI-M 8890, 124 Pages, 1980/06

JAERI-M-8890.pdf:3.43MB

ダイバーター付きトカマクDIVAに於けるオーム加熱時及び高周波加熱時の周辺(スクレープ・オフ層)プラズマを含めたパワーバランスについて述べる。まず周辺プラズマの計測方法について述べ、オーム加熱の場合にこれ等をダイバー夕ープラズマに適用し、得られた測定結果から通常のトカマクの周辺プラズマの性質を明らかにする。次に周辺プラズマの比例則を周辺プラズマを含めたパワーバランスの考察から導く。壁への熱流束及び荷電交換損失を含めた全放射損失の測定により全体のパワーバランスを明らかにする。最後に高周波加熱(ICRF)の場合のパワーバランスについて述べる。まず2-イオン・ハイブリッド領域でのICRF加熱の最適条件を明らかにする。次いで最適な加熱条件に対して周辺プラズマを含めたパワーバランスを考察する。高周波パワーの径方向分布、各成分粒子への加熱パワーの比率及び加熱時のイオンの輸送をパワーバランスの観点から明らかにする。

A 10-channel neutral particle energy analyser for measurements of ion temperatures on tokamak plasmas

竹内 浩; 船橋 昭昌; 高橋 興起; 白形 弘文; 矢野 淑郎

Japanese Journal of Applied Physics, 16(1), p.139 - 147, 1977/01

https://doi.org/10.1143/JJAP.16.139

10チャンネル粒子分析器とその分析器の原研トカマクプラズマ装置への適用について述べられる。この分析器は10個のイオン検出器をそなえた平行平板型静電エネルギー分析器と電荷ストリッピングセルからなっている。イオン温度を決定するために分析器のエネルギー値と粒子透過率がそれぞれ電子及びイオンビームで較正され、電荷ストリッピングセルにおける交換効率は水素原子でビームを用いて決定された。この分析器をつかって、JFT-2a、JFT-2のイオン温度が測定された。イオン温度は6ショット(粒子信号3ショット、バックグラウンドノイズ3ショット)で十分正確に決められる。測定されたイオン温度のピーク値(80~350eV)は中心の電子温度の(1/2~1/4)である。