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）的血浆中，高能颗粒的空间分布在很大程度上取决于血浆的性能。但是，几乎没有方法可以测量该空间分布的径向分布。因此，我们提出并实施了颗粒电荷交换测量值，其中测量的小球被入射在等离子体上，并在中心附近发生双重电荷交换，并观察到产生的中性颗粒。使用具有出色的时间分辨率的CCD测量颗粒基因座，约为5 cm。另一方面，从时间分辨率和测量速度得出的空间分辨率相似，并且已经证实该技术可以提供足够的物理结果。离子回旋加热等离子体中有一个共振区域，预计高能颗粒的选择性加速。当通过颗粒电荷交换测量值检查径向方向上高能颗粒的空间分布时，在谐振区域也观察到了较大的通量。当切向事件NBI等离子体更改磁轴时，PCX还表明，最好通过向内放置磁轴来限制高能颗粒，并获得这些颗粒的空间分布。此外，当磁场强度较弱时，观察到高能颗粒位于中心附近。这是因为Larmer的大半径没有被困在外围。在加热氦离子共振区域的离子回旋子加热时，使用颗粒测量了氦离子。由于所使用的中性粒子分析仪没有用于氦测量的通道，因此通过将分析仪中的颗粒区分板电压更改为氢气和氦气，以两次可重复的镜头来区分氦气和氢。由于不能忽略分析仪中的氢散射，因此通过取两个比率来确定分布。施用离子回旋子时，证实氦离子在共振层附近特别加速。如上所述，使用PCX建立了一种测量各种等离子体中高能颗粒分布的方法。

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.

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

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