複数EC高調波による加熱電流駆動で生成される高エネルギー電子の制動放射計測

使用多个 EC 谐波对加热电流驱动产生的高能电子进行轫致辐射测量

• 批准号: 21K03510
• 负责人: 恩地 拓己
• 金额: $ 1.91万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03510/
• 关键词: 球状トカマク; 電流駆動; 電子サイクロトロン加熱; 制動放射X線; プラズマ; 高エネルギー電子

九州大学の球状トカマク実験装置QUESTにおける電子サイクロトロン加熱では，高エネルギー電子の影響で28 GHz高周波の第二－四高調波共鳴がプラズマの広域で起きる．相対論的ドップラーシフトが起きて高周波の共鳴条件が変化し，電流駆動（フォワード）方向に運動する電子が逆（バックワード）方向に運動する電子よりも加熱されて正味の電流が流れる．この電流駆動機構を明らかにするためには高エネルギー電子のダイナミクスを理解することが鍵になる．そこで高エネルギー電子に起因する制動放射X線の空間分布観測を行っている．本研究では，検出器として80 x 80のCdTe（カドミウム・テルル）アレイ素子を有するHEXITECを利用して広い視野を持つX線ピンホールカメラを開発した．この検出器は5 kHzのフレームレートで200 keV以下のX線スペクトルを取得出来る．QUEST装置における実験では，プラズマ電流50 kAを超える球状トカマクの観測に適用した．画像解析の結果，プラズマからの放射及び高エネルギー電子がプラズマ対向壁やリミタに衝突する際の放射の両方が重なり合った二次元X線分布が撮影されていることがわかった．強い放射があるリミタ部のX線スペクトル上に，材料であるタングステンの特性X線のピークがある．内側リミタと外側リミタではスペクトル形状に差があり，特に外側リミタでは100 keV以上のX線カウントが多く，フラット形状のスペクトルが観測された．これは100 keV以上のエネルギーを持つ捕捉電子群がスクレイプオフ層に存在していることを示唆している．さらにRF加熱パワーオフの瞬間にプラズマ対向壁からの制動放射は急減し，フォワード方向とバックワード方向の放射が非対称である二次元分布が観測された．この分布は高エネルギー電子がプラズマ電流を担っていることを示す観測結果である．

在九州大学球形托卡马克实验装置QUEST进行电子回旋加热时，由于高能电子的影响，等离子体中大面积发生28GHz高频二次谐波谐振。发生相对论多普勒频移，改变高频谐振条件，并且在电流驱动（向前）方向上移动的电子比在相反（向后）方向上移动的电子受热更多，从而产生净电流。了解高能电子的动力学是阐明这种电流驱动机制的关键。因此，我们正在观察高能电子引起的轫致辐射X射线的空间分布。在这项研究中，我们使用 HEXITEC 开发了一种具有宽视场的 X 射线针孔相机，并采用 80 x 80 CdTe（镉碲）阵列元件作为探测器。该探测器可以以 5 kHz 的帧速率采集低于 200 keV 的 X 射线光谱。在使用QUEST仪器的实验中，将其应用于等离子体电流超过50 kA的球形托卡马克的观测。图像分析的结果发现，捕获了来自等离子体的辐射和高能电子与面向等离子体的壁或限制器碰撞时的辐射重叠的二维X射线分布。在限制器部分的X射线谱上，有强辐射的地方，存在材料钨的特征X射线峰。内限制器和外限制器之间的光谱形状存在差异，特别是外限制器具有许多100keV以上的X射线计数，并且观察到平坦形状的光谱。这表明刮除层中存在一组能量超过100 keV的俘获电子。此外，在关闭射频加热功率的瞬间，面向等离子体的壁面的轫致辐射突然减少，并且观察到前后方向的辐射不对称的二维分布。该分布是观察结果，表明高能电子造成等离子体电流。

项目成果

Observation of second harmonic electron cyclotron resonance heating and current-drive transition during non-inductive plasma start-up experiment in QUEST

QUEST 无感等离子体启动实验中二次谐波电子回旋共振加热和电流驱动转变的观察

• DOI: 10.1088/1361-6587/ac1838
• 发表时间: 2021
• 期刊: Plasma Physics and Controlled Fusion
• 影响因子: 2.2
• 作者: Kojima S.;Hanada K.;Idei H.;Onchi T.;Ikezoe R.;Nagashima Y.;Hasegawa M.;Kuroda K.;Nakamura K.;Higashijima A.;Nagata T.;Kawasaki S.;Shimabukuro S.;Elserafy H.;Fukuyama M.;Ejiri A.;Shikama T.;Yoneda N.;Yoneda R.;Kariya T.;Takase Y.;Murakami S.;Bertelli N.;O
• 通讯作者: O

MHD Equilibrium Reconstruction Using the Visible Light Tomographic Method with Laplacian Eigenfunction

使用拉普拉斯本征函数的可见光断层扫描方法重建 MHD 平衡

• DOI: 10.1585/pfr.16.2402090
• 发表时间: 2021
• 期刊: Plasma and Fusion Research
• 影响因子: 0.8
• 作者: SUZUKI Kosuke;MURAKAMI Sadayoshi;OHDACHI Satoshi;IDEI Hiroshi;KURODA Kengoh;IKEZOE Ryuya;ONCHI Takumi
• 通讯作者: ONCHI Takumi

Designing an upgrade of ohmic heating system for the QUEST spherical tokamak

• DOI: 10.1016/j.fusengdes.2021.112362
• 发表时间: 2021-07
• 期刊: Fusion Engineering and Design
• 影响因子: 1.7
• 作者: Yifan Zhang;T. Onchi;K. Nakamura;Akihiro Kidani;Qilin Yue;K. Kuroda;M. Hasegawa;R. Ikezoe;H. Idei

Quaternion Analysis of a Direct Matrix Converter Based on Space-Vector Modulation

基于空间矢量调制的直接矩阵变换器的四元数分析

• DOI: 10.1585/pfr.16.2405037
• 发表时间: 2021
• 期刊: Plasma and Fusion Research
• 影响因子: 0.8
• 作者: NAKAMURA Kazuo;ZHANG Yifan;ONCHI Takumi;IDEI Hiroshi;HASEGAWA Makoto;TOKUNAGA Kazutoshi;HANADA Kazuaki;MITARAI Osamu;KAWASAKI Shoji;HIGASHIJIMA Aki;NAGATA Takahiro;SHIMABUKURO Shun
• 通讯作者: SHIMABUKURO Shun

球状トカマクQUESTにおけるEC高調波加熱／電流駆動へのトロイダル電場の 影響

环形电场对球形托卡马克中 EC 谐波加热/电流驱动的影响 QUEST

• 发表时间: 2021
• 作者: 恩地拓己 ;出射浩 ;福山雅治 ;渡邉理 ;武田康佑 ;Y. Zhang ;Y. Wang ;池添竜也 ;長谷川真 ;黒田賢剛 ;井戸毅 ;花田和明 ;中村一男 ;江尻晶 ;Y. Peng ;假家強 ;福山淳
• 通讯作者: 福山淳