窒素-水素複合ガス入射による非接触プラズマ形成過程の解明

氮氢复合气体注入非接触等离子体形成过程的阐明

基本信息

批准号：
22H01198
负责人：
江角直道
金额：
$ 11.48万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

プラズマとガスとの相互作用によりダイバータ領域に形成される非接触プラズマの挙動の理解とその制御方法の確立は、磁場閉じ込め核融合炉の実現に不可欠なダイバータ板への熱粒子負荷低減、炉心プラズマとの整合性の観点において解決すべき重要な課題である。窒素・水素の複合ガス入射に伴う、窒素分子と水素分子が介在するプラズマ再結合過程は水素分子のみが介在する再結合過程よりも高い反応レートを有することから非接触プラズマ制御への期待が高い。そこで本研究では水素ガスおよび窒素ガスとプラズマの相互作用に焦点をあて、物理化学的な原子分子反応過程を詳細に調べ、それらが非接触プラズマ形成とその時空間構造に与える影響を明らかにすることを目的としている。2022年度は、水素-窒素ガス重畳入射による非接触プラズマの時空間構造非接触プラズマを形成するため、V字ターゲットを有するGAMMA10/PDXダイバータ模擬モジュールにおいて、4波長の空間分布を同時に計測可能な光学系（４分岐光学系アルバプリズム）を組み込んだ高速度カメラを導入し、高い時空間分解能での観測を実現した。分子活性化再結合過程で特徴的な振る舞いを示す水素バルマー線のHα(656nm)とHβ(486nm)、窒素分子第１正帯, 窒素原子の波長に注目し、各波長の発光強度分布の比を取るなど詳細な解析を行なった。水素ガスのみを入射した場合は、水素分子の介在するによる分子活性化再結合(H-MAR)がV字ターゲットに挟まれた領域を起点として時間とともにその範囲が広がることを示唆する結果を得た。また、窒素ガスと水素ガスの重畳入射時にはH-MAR が抑制されるものの、電子密度は水素ガスのみを入射した場合と比べてV字ターゲット中央部でも大きく低下することがマイクロ波干渉計による観測から明らかになり、窒素分子の介在した再結合過程が重要な役割をしていることを明らかにした。

了解由于血浆和气体之间的相互作用以及建立控制它的方法而在分流区域中形成的非接触性等离子体的行为，这是一个重要的问题，必须以减少分流板上的热颗粒的负载以及与核心等离子体的一致性来解决，这对于实现磁场核融合反应器至关重要。氮和氢是由氮和氢分子介导的血浆重组过程，伴随着氮和氢的复合气体的发生率，其反应速率比仅介导的氢分子被介导的重新组合速率更高，因此非接触式上的非接触式质量对照高度期望。因此，这项研究的重点是氢气与氮气与血浆之间的相互作用，旨在详细研究物理和化学原子分子反应过程，并阐明这些过程对非接触性等离子体形成的影响及其时空结构。 In fiscal 2022, in order to form a spatio-temporal, non-contact plasma of non-contact plasma due to superimposing hydrogen-nitrogen gas, a high-speed camera was introduced that incorporates an optical system (a four-branch optical system Alba prism) that can simultaneously measure spatial distribution of four wavelengths, in the GAMMA10/PDX diverter simulated module with a V-shaped目标，以高时空分辨率实现观察结果。我们进行了详细的分析，重点是氢气金属丝的Hα（656 nm）和Hβ（486 nm），在分子激活重组过程中表现出独特的行为，以及氮分子的第一个阳性带的波长，以及氮分子和氮气atom and Nitrogen atom and Nitrogen Atom的波长，以及对分布的含量分布。当仅出现氢气时，结果表明介导的氢分子的分子激活重组（H-MAR）随着时间的推移从夹在V形靶标之间的区域扩展。此外，尽管当氮气和氢气被叠加时抑制了H-MAR，但微波干涉仪的观察表明，即使在V形靶标的中央部分与仅入射的V形靶标相比，即使在V形靶的中心部分中，电子密度也会显着降低，这表明由硝基原生物介导的重组过程起着重要的作用。