ペレット荷電交換中性粒子計測を利用した新しいプラズマ計測法の開発

使用颗粒电荷交换中性粒子测量开发新的等离子体测量方法

• 批准号: 06F06173
• 负责人: 尾崎 哲
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: National Institute for Fusion Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06F06173/
• 关键词: 計測ペレット; PCX; CEM; 中性粒子分析器; LHD; ICH; 荷電交換粒子; NBI; 中生粒子分析器

大型ヘリカル装置(LHD)のプラズマでは、高エネルギー粒子の空間分布がプラズマの性能に大きく依存する。しかしながら、その空間分布のうち半径方向の分布を測定する方法はほとんどなかった。そこで計測ペレットをプラズマに入射して2重荷電交換を中心付近で起こさせ、発生する中性粒子を観測するペレット荷電交換計測を提案し実施した。ペレットの軌跡を時間分解能の優れたCCDで測定したところ、5cm程度であった。一方測定の時間分解能と速度から導かれる空間分解能も同程度であることから、この手法で十分物理的成果を期待できることが確認できた。イオンサイクロトロン加熱プラズマには共鳴領域が存在し、その場所で選択的に高エネルギー粒子の加速が予想される。ペレット荷電交換計測により半径方向の高エネルギー粒子の空間分布を調べたところ同じく共鳴領域で大きなフラックスが観測された。接線入射のNBIプラズマに対して磁気軸を変化させたとき、高エネルギー粒子は磁気軸を内寄せにしたほうが閉じ込めがよいことがPCXからも明らかになり、その空間分布を得ることができた。また磁場強度が弱いと中心付近に高エネルギー粒子が局在している様子が観測された。これはラーマー半径が大きいため周辺部で捕捉粒子が閉じ込っていないことに起因する。ヘリウムイオンに対して共鳴領域を有するイオンサイクロトロン加熱時のヘリウムイオン計測をペレットを用いて行った。使用している中性粒子分析器がヘリウム計測用のチャンネルを有しないため、再現性のある2つのショットで分析器内の粒子弁別用プレート電圧を水素用、ヘリウム用に変えることによりヘリウムと水素を区別した。分析器中での水素の散乱が無視できないので両者の比を取ることにより分布を求めた。イオンサイクロトロン印加時にはヘリウムイオンが共鳴層付近で特に強く加速されていることを確認できた。以上のようにPCXを用いて各種プラズマ中の高エネルギー粒子分布計測手法を確立できた。

在大型螺旋装置（LHD）等离子体中，高能粒子的空间分布高度依赖于等离子体性能。然而，目前测量空间分布径向分布的方法还很少。因此，我们提出并实施了颗粒电荷交换测量，其中将测量颗粒注入等离子体中，在中心附近引起双电荷交换，并观察生成的中性粒子。当使用具有出色时间分辨率的 CCD 测量颗粒轨迹时，其轨迹约为 5 厘米。另一方面，测量的时间分辨率和由速度得出的空间分辨率也具有可比性，这证实了该方法有望产生足够的物理结果。离子回旋加速器加热的等离子体具有共振区域，其中高能粒子预计将被选择性加速。当我们使用颗粒电荷交换测量研究高能粒子在径向方向的空间分布时，我们还观察到共振区域存在大通量。当改变切向入射 NBI 等离子体的磁轴时，PCX 发现，当磁轴向内移动时，高能粒子受到更好的限制，并且我们能够获得它们的空间分布。此外，当磁场强度较弱时，观察到高能粒子集中在中心附近。这是因为拉莫尔半径很大并且捕获的粒子没有被限制在外围。在离子回旋加速器中加热期间使用颗粒测量氦离子，该离子回旋加速器具有氦离子的共振区域。由于所使用的中性粒子分析仪没有用于测量氦气的通道，因此通过将分析仪中用于粒子辨别的极板电压改变为两次可再现的氢气和氦气，可以测量氦气和氢气。由于氢在分析仪中的散射不可忽略，因此通过取两者的比值来确定分布。确认了当应用离子回旋加速器时，氦离子在共振层附近特别强烈地加速。如上所述，我们能够建立一种使用 PCX 测量各种等离子体中高能粒子分布的方法。

项目成果

Local Pellet Based and Line Integrated Non Perturbing Charge Exchange Measurements with a Compact Neutral Particle Analyzer on LHD

使用 LHD 上的紧凑型中性粒子分析仪进行基于本地颗粒和线路集成的非扰动电荷交换测量

• 发表时间: 2006
• 期刊: REV.SCi.Instrum. 77
• 作者: P.R.Goncharov;T.Ozaki
• 通讯作者: T.Ozaki

New 20-channel Diagnostic' for Angle-Resolved Fast Particles Measurements in LHD

用于 LHD 中角度分辨快速粒子测量的新型 20 通道诊断

• 发表时间: 2007
• 期刊: Plasma and Fusion Research 2
• 作者: E. A. Veshchev;T. Ozaki;P. Goncharov;et. al.
• 通讯作者: et. al.

Helium ion observation during 3rd harmonic ion cyclotron heating in Large Helical Device

大型螺旋装置三次谐波离子回旋加热过程中氦离子的观测

• 发表时间: 2008
• 期刊: PlAsma and Fusion Research (to be published)(掲載確定)
• 作者: T. Ozaki;et. al.
• 通讯作者: et. al.

Helium measurements using the pellet charge exchange in Large Helical Device

使用大型螺旋装置中的颗粒电荷交换进行氦测量

• 发表时间: 2007
• 期刊: JPFR Series vol.9, S1072-1
• 作者: T.Ozaki;P.Goncharov;E.Veshchev;S.Sudo;N.Tamura
• 通讯作者: N.Tamura

Active Neutral Particle Diagnostics on LHD by Locally Enhanced Charge Exchange on and Impurity Pellet Ablation Cloud

通过局部增强的电荷交换和杂质颗粒烧蚀云对 LHD 进行主动中性粒子诊断

• 发表时间: 2006
• 期刊: Fusion Sci.and Technol 50
• 作者: P.R.Goncharov;T.Ozaki
• 通讯作者: T.Ozaki