Experimental simulations of divertor plasma and fundamental studies on plasma detachment by using the linear plasma device

偏滤器等离子体的实验模拟及线性等离子体装置等离子体脱离的基础研究

• 批准号: 20J14206
• 负责人: 瀧本 壽来生
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tokai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J14206/
• 关键词: ダイバータ; 非接触プラズマ; 直線型装置; 核融合; 水素同位体; タングステン

本研究は，核融合装置のダイバータとダイバータ模擬実験装置である直線型装置との間に存在するプラズマパラメータ，特にイオン温度と電子密度のギャップを埋めるべく，本研究室の直線型装置TPDsheet-Uにおいて，高周波加熱によるイオン温度向上と第二陽極による電子密度の向上を企図したものである．本年度は，高周波加熱によるイオン温度向上に関する実験と，第二陽極の設計・作製とプラズマパラメータの向上に関する実験を行った．その結果，高周波加熱による水素プラズマのイオン温度の向上と，第二陽極による電子温度の向上に成功した．当初の目標にこそ到達しなかったが，直線型装置のプラズマパラメータ向上という目的は達成できたと考える．具体的な実験内容と成果について，以下に述べる．前年度のHeプラズマにおけるイオン加熱に引き続き，マッチング回路等の変更により水素プラズマにおける高周波加熱実験を行った．反磁性ループコイルによる計測の結果，500 Wの高周波加熱によって水素イオンの温度は約2.5 eVから約6.4 eVまで加熱された．今後は，高周波電場の印加周波数の最適化によるさらなるイオン温度向上と，非接触プラズマ生成実験のために作動排気系の確立が必要である．第二陽極による実験については，第二陽極の作製が完了し，本研究室の直線型装置TPDsheet-Uへの設置も完了した．その後，下流領域でのLangmuirプローブ計測を実施した結果，第二陽極に+20 Vを印加した際，電子温度が約8 eVから約15 eVまで増加し，電子密度は約1.4E18 m^-3から約0.7E18 m^-3まで減少した．今後は，電子密度の向上のため，第二陽極の内部もしくは出口近傍においてガスと接触させる実験を行う必要がある．

这项研究旨在弥合核聚变装置的偏滤器与偏滤器模拟装置的线性装置之间的等离子体参数（特别是离子温度和电子密度）之间的差距，其想法是利用高频加热来提高离子温度。以及使用第二阳极的电子密度。今年，我们进行了通过高频加热提高离子温度、设计和制作第二阳极以及改善等离子体参数等实验。结果，我们成功地通过高频加热提高了氢等离子体的离子温度，并通过使用第二阳极提高了电子温度。虽然我们没有达到最初的目标，但我们相信我们达到了改善线性器件等离子体参数的目标。下面介绍实验的具体内容和结果。继去年He等离子体离子加热实验之后，我们通过改变匹配电路，进行了氢等离子体高频加热实验。使用反磁性环形线圈进行测量的结果是，通过500W的高频加热，氢离子的温度从约2.5eV加热至约6.4eV。未来需要通过优化高频电场的施加频率来进一步提高离子温度，并建立非接触等离子体发生实验的工作排气系统。关于使用第二阳极的实验，第二阳极的制作已经完成，并且其在我们实验室的线性器件TPDsheet-U中的安装也已经完成。后来，下游区域的Langmuir探针测量表明，当对第二个阳极施加+20V时，电子温度从约8eV增加到约15eV，电子密度从约1.4E18m^-3下降。 0.7E18 m^-3 至约 0.7E18 m^-3。今后，为了提高电子密度，需要进行使第二阳极与出口内部或出口附近的气体接触的实验。

项目成果

Reduction of co-extracted electron current by SMF using Cs-free negative ion source

使用无铯负离子源通过 SMF 减少共提取电子流

• 发表时间: 2021
• 作者: Taiga Goka; Ryuichi Onuma;Hiroki Kaminaga; Toshikio Takimoto; Akira Tonegawa; Kohnosuke Sato; Kazutaka Kawamura
• 通讯作者: Kazutaka Kawamura

Measurement of deuterium retention and permeation for tungsten exposed to D-He mixed plasma and detached deuterium plasma

暴露于 D-He 混合等离子体和分离氘等离子体的钨的氘保留和渗透测量

• 发表时间: 2020
• 作者: Arata Kaneko

TPDsheet-Uを用いた非セシウム型負イオン源での磁性体によるビーム引出しへの影響

使用 TPDsheet-U 磁性材料对非铯负离子源束提取的影响

• 发表时间: 2020
• 作者: 神永啓希

Characteristics of extracted ion beam froma cesium-free negative ion source usingsheet plasma

使用片状等离子体从无铯负离子源提取离子束的特性

• DOI: 10.1063/5.0013364
• 发表时间: 2020
• 影响因子: 1.6
• 作者: Hiroki Kaminaga; Toshikio Takimoto; Akira Tonegawa; Kohnosuke Sato
• 通讯作者: Kohnosuke Sato

Effects of plasma detachment on tungsten divertor in the divertor simulator TPDsheet-U

偏滤器模拟器 TPDsheet-U 中等离子体脱离对钨偏滤器的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: Toshikio Takimoto; Arata Kaneko; Shunsuke Hayashi; Akira Tonegawa; Helmut Takahiro Uchida; Yoshihito Matsumura; Kohnosuke Sato
• 通讯作者: Kohnosuke Sato