Exploration of emission lines from tungsten ions in extremely high ionization stages for a study on the impurity transport in ITER

探索极高电离阶段钨离子的发射线以研究 ITER 中的杂质输运

基本信息

批准号：
20K03896
负责人：
大石鉄太郎
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Tohoku University (2022)National Institute for Fusion Science (2020-2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

核融合プラズマの対向材として金属タングステンを用いる場合，プラズマ中にタングステン不純物イオンが蓄積することによる放射損失が問題となる．本研究では，ITERのプラズマ中心部など極めて電子温度の高いプラズマ中に分布すると考えられる高電離タングステンイオンの空間分布計測手法を確立する．実験は核融合科学研究所の大型ヘリカル装置LHDで行った．炭素樹脂内に微量のタングステン金属片を封入したペレット（タングステン原子10^17～10^19個に相当）を，中性粒子ビーム加熱により維持された高温（1～4 keV）・高密度（10^13～10^14 cm^-3）の水素プラズマに導入し，ペレット入射後に電子サイクロトロン共鳴加熱を重畳し高い電子温度を維持することにより，高電離タングステンイオンの十分な発光量を得た．今年度はLHDプラズマ中でのタングステンイオンの輸送特性の評価を目的として，タングステンイオンが閉じ込め領域に長時間滞在する蓄積現象の観測を行った．蓄積現象の有無は電子密度に依存し，タングステン入射後の電子密度が2×10^13 cm^-3を超える高密度領域において発現する．中心電子温度を3keV程度に調節し，5価，24価～28価，37価，38価，41価～46価タングステンイオンからの発光線スペクトル強度の経時変化を同時に観測したところ，2秒間程度の放電時間に亘って線スペクトルの放射が続き，放電中の電子温度変化に対応して価数分布が変化していることがわかった．一方電子密度が低い場合には，全ての価数において発光線スペクトルが速やかに減衰しており，タングステンが蓄積されずに排出されたことが示唆された．

当使用金属钨作为聚变等离子体的反材料时，由于等离子体中钨杂质离子的累积而导致的辐射损失成为问题。在这项研究中，我们将建立一种方法来测量高度电离的钨离子的空间分布，这些离子被认为分布在具有极高电子温度的等离子体中，例如ITER等离子体中心。该实验是在国立核聚变科学研究所的大型螺旋装置 LHD 中进行的。将含有少量钨金属片的颗粒（相当于10^17至10^19个钨原子）封装在碳树脂中，加热至高温（1至4keV）并通过中性粒子维持高密度（10至4keV）光束加热^13～10^14 cm^-3）和在颗粒注入后叠加电子回旋共振加热以维持高电子温度，我们从高度电离的钨离子中获得了足够量的发光。今年，为了评估钨离子在LHD等离子体中的输运特性，我们观察到了钨离子长时间停留在限制区域的积累现象。聚集现象的存在与否取决于电子密度，它出现在钨入射后电子密度超过2×10^13 cm^-3的高密度区域。当中心电子温度调节至约3 keV时，从5价、24-28价、37价、38价、41价到46价钨发射线谱强度随时间的变化同时观察5价、24价至28价、37价、38价、41价至46价钨离子的发射线强度随时间变化发现线谱发射在放电期间持续约2秒，并且价态分布响应于放电期间电子温度的变化而变化。另一方面，当电子密度较低时，所有价态的发射线光谱迅速衰减，表明钨被喷射而没有积累。

项目成果

期刊论文数量（21）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

X線・EUV・VUV分光を用いた核融合プラズマの計測

使用 X 射线、EUV 和 VUV 光谱仪测量聚变等离子体

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
大石鉄太郎;森田繁;後藤基志;川本靖子;川手朋子
通讯作者：
川手朋子

Simultaneous Observation of Tungsten Spectra of W0 to W46+ Ions in Visible, VUV and EUV Wavelength Ranges in the Large Helical Device

在大型螺旋装置中同时观测可见光、VUV 和 EUV 波长范围内 W0 至 W46 离子的钨光谱

DOI：
10.3390/atoms9030069
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
1.8
作者：
Oishi Tetsutarou;Morita Shigeru;Kato Daiji;Murakami Izumi;Sakaue Hiroyuki A.;Kawamoto Yasuko;Kawate Tomoko;Goto Motoshi
通讯作者：
Goto Motoshi

Electron Temperature Dependence of EUV and VUV Spectral Shapes of Tungsten Unresolved Transition Arrays Observed in the Large Helical Device

在大型螺旋装置中观察到的钨未分辨跃迁阵列的 EUV 和 VUV 光谱形状的电子温度依赖性