平成26年度筑波大学プラズマ研究センターシンポジューム/合同研究会
筑波大学大学会館 平成26年7月31−8月1日	

GAMMA 10/PDXにおける最近の成果
筑波大学プラズマ研究センター
中嶋洋輔，ガンマ10／PDXグループ

CONTENTS
1. はじめに（センターの現状と研究計画）
2. 筑波大PRCにおけるMWジャイロトロン開発の現状
3. ダイバータ模擬実験モジュールを用いた最近の実験結果
4. 双方向型共同研究に基づく最近の研究成果
5. まとめ筑波大学プラズマ研究センターの現状と計画
プラズマ研究センター第２期中期目標・中期計画	 	 	 (平成22年度‐27年度)の展開	 
筑波大学第２期中期目標・中期計画

筑波大学ホームページ参照	 ●共同利用・共同研究等に関する具体的方策	 

「双方向型共同研究等の新しい取組を積極的に推進する。」	 
４つの全国共同利用・共同研究施設（２６の学内共同教育研究施設）	 
（計算科学研究センター、下田臨海実験センター、遺伝子実験センター、	 プラズマ研究センター）	 

●	 研究・技術・教育の３本柱	 
プラズマ物理学及びその応用に関する研究教育	 
１.「電位/電場によるプラズマの閉じ込め・輸送とダイバータ	 
プラズマ模擬研究」	 
（数億度の高性能コアプラズマと常温壁の両立）	 
２. 関連機器開発等 (大電力ジャイロトロン開発）	 
３. 人材育成・教育	 	 
PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	センター中期計画と実験年間計画概要
ダイバータモジュールによる	 境界プラズマ研究の本格化と展開	 

第２期中期計画	 
H20	H21	H22	H23	H24	H25	H26	 H27	 H28	 H29	

直線型装置を利電位によるプラズ ・境界プラズマ（ダイバータ）研究	 用したプラズマ壁
マ閉じ込め改善の ・電位/電場による輸送制御	 
相互作用研究の・加熱/計測開発（ジャイロトロン開発等）	  推進	物理解明	 

Ｈ２６年度計画案	
４月	 ５	大気	開放	６	 ７	 ８	②	

大気	開放	

2W	①１W	

９	 １０	 １１	 １２	 １	 ２	 ３	

大気	開放	

③	 ④	 ⑤	5W		

全学	
停電	 

電力制限協力	 	

PSI 5.26-30	
連合講演会
6.19-20	

センターシンポ
ジューム	

3W	

IAEA-FEC
10.13-18	

OS2014	 8.26-29	 

大気	開放	

4W		

電源等点検	 

Plasma2014 11.18-21	
Toki Conf. 11.4-7	PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	

ジャイロトロン連携研究、及び計測、基礎、基盤的双方向共同研究の展開○	 高密度プラズマ生成 ○	 多次元計測（マイクロ波、レーザー）	 
○	 ﾀﾞｲﾊﾞｰﾀ模擬実験に向けたプラズマ制御	 ○	 直接発電基礎研究 ○	 波動コード	 •ＳＩＮＥＴ	 •ジャイロトロン連携	  

核融合研�

•高密度プラズマ生成� •ジャイロトロン連携	  東京農工大	 

核融合研�

連携	 

マイクロ波	  高密度プラズマ	 
生成領域	 

九州大学、京都大学	

• 波動コード�

直接発電	  

京都大学	 
マッハプローブ�

連携	 

ﾀﾞｲﾊﾞｰﾀ模擬	 
実験領域	 

神戸大学	  レーザー�

マイクロ波�

• 周辺流計測�

連携	 

東北大	 

• レーザー散乱�
NIFS�

•マイクロ波計測�
NIFS	 
福岡工業大�
東京農工大�

京都大学	 PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	境界プラズマ制御を目指した周辺プラズマ＆PWI研究の展開○	 高熱流粒子束制御、 ○	 材料へのﾌﾟﾗｽﾞﾏ照射	 ○	 ﾀﾞｲﾊﾞｰﾀ候補材とﾌﾟﾗｽﾞﾏとの相互作用	 /	 不純物輸送	 
○	 非接触ﾌﾟﾗｽﾞﾏ実現、 ○	 ｺｱ	 -	 ｴｯｼﾞｶｯﾌﾟﾘﾝｸﾞ	 •	  粒子補給	  •	  多次元計測開発	  京都大	試料照射ﾓｼﾞｭｰﾙ	  • 周辺揺動観測�
広島大	
高速ｶﾒﾗ	  真空計	  東北大	  高速ｶﾒﾗ	  回転ﾀｰｹﾞｯﾄ	  /	  ｶﾞｽ入射	  • 表面分析�
九州大/静岡大	•	  ﾌﾟﾗｽﾞﾏ照射	  	  	  /	  表面分析	  SMBI

• ﾘｻｲｸﾘﾝｸﾞ制御	  ダイバータ模擬	 
核融合研	  • 非接触ﾌﾟﾗ� 表面ﾌﾟﾛｰﾌﾞ� ﾋﾞｰﾑﾌﾟﾛｰﾌﾞ� 熱流計� 実験モジュール	 
ｽﾞﾏ物理	 �名古屋大	 

• ｺｱ-ｴｯｼﾞ揺動観測� • 損耗/再堆積/�
不純物輸送�
核融合研	  • 中性粒子�
計測�

大阪大	 

中性粒子輸送ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ�
筑波大ー京都大	 JAEA�

• 熱流解析 / �
新熱流計開発�大阪府立大	 

不純物 / ﾀﾞｽﾄ輸送ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ�
筑波大ー慶應大	 

PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	

筑波大PRCにおける
MWジャイロトロン開発の現状

MW Gyrotron開発研究
28GHz for !
GAMMA10!

77GHz for LHD!

- 14 ~ 300 GHz 広周波数領域で開発 77GHz （秒レベル）!
1.5-1.8 MW達成（世界最高出力）!
LHDへ4.6MW入射!
!

JAEAと協力!
TETD（東芝）の協力	 NIFSと共同研究	
Short Pulse ( < 1sec )[ GHz ]

154

Frequency

30035Long Pulse ( > 1sec )Under test with JAEA77）同一管!

28
14Under design00.51Power

1.5

2

高密度プラズマECH!
154GHz開発進展!
!
●1.16 MW/１秒!
発振成功!
LHD	
LHDへ入射!
●計4.6 MW入射!
（ECHのみ）!
双方向型共同研究を活用	
G-10用28 GHz管 !
1.25 MW （数ms)!
0.6MW 2秒 発振!
2 MW設計進展!
改造管試験!
!
!
QUEST/
Hel.-J / G-10/PDX	!
QUESTでの双方向連携研究による実験開始!

[ MW ]PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	28 GHz管開発研究 短パルス繰り返し運転（ELM模擬）�

Heat flux
densityの増大�

0
1.5
00

Present ECH
power limit�

[ GHz ]

0
10

300
154

Frequency-80

RF ! Ik
signal! (A)! Vk!
(kV)
(a.u.)

G-10用28 GHz管 !
1.25 MW （数ms)!
0.6MW 2秒 発振!
2 MW設計進展!
改造管試験!

τd ~ 0.2 ms	

Short Pulse ( < 1sec )35

Under test with JAEA

77

28
14

Under design
02 Time (ms) 4

Long Pulse ( > 1sec )

6

0.5

1Power1.52[ MW ]２周波数発振	 
効率３０％前後で28GHzと35GHzの２周波数で1MWオーダーの発振を確認!

ITER divertor heatload (Transient. S.)�ITER divertor heatload (Steady. S.)�500 kW
Gyrotron
tube�

1 MW
Gyrotrontube�

PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	żƇż źäŵ`ǣhżƇƃƇż ÀźŮläǣ¾³ǟȠȮȌȧțȮȪȶȏǣ hżż rŹȈǻȃȰǱǳ³ǘǢĉ+Ǒkǭǘ ƇƋƊƙƚƺ ǣȊȬǻȲȕȲȴĒǇǲǣțȳȶ.wǷQ
ǭǀ/Ů< ƊƄƋƞƧ ǣȨȯÛ.wǢǱǴŮlȈǻȃȕȲȕȲȴ0Ż>ìſƗƕƚƀǢǱǳǀÀźŮl
77GHz, 154GHzの高パワー入射により、高密度
Te0=13.5keV @ne0=1x1019ēZǢeA
m-3	äǣ¾³ǀȠȮȌȧțȮȪȶȏǣ hǷ[ǴrŹǷĲǃǫǑǘǁŮluǷ

77GHz, 154GHz入射による高密度領域での高温度化

領域で高電子温度化が進められた	ǐǕǀĖğûǡȔȶȏǷIǑǫǑǘǁu®ŮǢǆǃǝǀÀźŮläǣŚǷý¢• 密度0.2×1019m-3 以下→ Te0 > 20keV	ǑǫǑǘǈȸǎǵǫǞǣŚ%ǤƆƄƋƻƇƆƇƏżƱżƃƉ Ǟė ƈƆƯƬƦȹǀŮlä5Ǣ^Aǈķǲ19-3• 密度1×10 m → Te0 ～ 13.5keV 	ǵǀÀźŮläǣ¾³ǤǀŚǞǉǫǕǸǞǑǘǁ´ǀȠȮȌȧǣįĊǽșȰȂȶǤǀ
19m-3 → T
• 密度3.3×10e0 ～ 3.5keV	ƊƄƊƞƧ ǣ.wǞ ƋƈƎƯƜ ǢŚǑǀ;ȈǻȃȰǱǳ ƇƆƆƯƜ ǂǫǳǣchǈŚǐǵǫǑǘǁ[ ƇECHパワー4.4MW入射のみで、	
Ǣǀǖǣ»ǣ®ŮÛǟŮläǀu5ǷąǑǫǓǁ[ ƈ ǞǤǀƗƕƚ ǣǬǢǱǛǝĢ
蓄積エネルギーは約530kJを達成	¡ǐǵǘȠȮȌȧǣôŵ`ǷǀŮläǟģ]uǢǜǃǝȠȲȒȕǑǫǑǘǁp

ECR プラズマ	

#116922, 2012(b)#114690, 2012

6-33(c) #116922,
t = 4.1 sm ]2012,1319154 GHz x1)

e

600
500
400
300
200
1000(a) #116922 ECH (4.4 MW, 77 GHzx3,Te0= 3.5keV @ne0=3.3x1019m-3	
Wp~530kJ	84T [keV]

5432
102412ne [x10W [kJ]ne [x1019-3m ]ȈǻȃȰǞǤźuŵ`Ǟǀ¾ǡǴŮläǣPǈŚǐǵǫǑǘǁż

#111075, 2011

03.2

3.4

3.6 3.8
Time [s]44.2-1-0.5

00.5

10

reff/a99 [m]

PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	

Time evolutionof (a) nezi®nq{!/@M3R$­m_], (b) Wp and (c) the radial profiles of ne and Te with the averaged-electron densityof hFig.
1.
Xs$九州大学QUESTへの筑波大28GHzジャイロトロン
導入 - 双方向型共同研究センター間連携研究による実験開始 Further CD by 2nd Harmonic 28 GHz Off-axis ECCD �筑波大�

QUEST�
G10 - 28GHz!
ジャイロトロン�

PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	九州大学QUESTへの筑波大28GHzジャイロトロン
導入 - 双方向型共同研究センター間連携研究による実験開始 Further CD by 2nd Harmonic 28 GHz Off-axis ECCD �w/ 28 GHz	at t = 3.3 s�

w/o 28 GHz	

21885-@3.3s
0.25 T�at t =2.5s�

0.6
0.4

21882-@3.3s~30 kA 	Feedback Control�

00.6

-0.2

0.4

-0.4

0.2
Z [m]

Z [m]

0.2

-0.6
0.2

0.4

0.6 0.8
R [m]• Recharging phenomena in the CS coil power
supply were clearly observed. 	

• The plasma current was fully driven only by
the 2nd harmonic off-axis 28GHz injection. �10-0.2-0.4-0.60.22nd 	28 GHz	ECR�
0.40.6 0.8
R [m]

1PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	ダイバータ模擬実験モジュールを用いた最近の実験結果

GAMMA 10/PDX 及びE-Divertorの目標性能	
GAMMA 10 Device
E-Divertor
Total length 27 m
Plug/BarrierAnchor-cell Central-cell
End-cellRegion	
Bmax: 3 Tesla-cell
A-NBI
C-NBI
A-NBI
ICRF: 300 kW × 4
S-NBI
S-NBI
RF3RF2 RF1RF3ECH: 400 kW × 3200 kW × 2 Plasma
NBI: 1.5 MW × 4 Gun
2.7 MW × 2
Ne: ~ 3 ×1018 m-3
Ti : ~ 10 keV
P/B-ECH
C-ECH
P/B-ECH
EastWest
Te : ~ 100 eVGPGPGPGAMMA 10E-Divertor parameters (already achieved )End-mirror Tank

 大口径プラズマ• Plasma diameter :0.1 ~ 0.3 (1.0) mφ• Plasma density :~ 1019 m-3 2 ~ 3×1018 m-3• Electron temperature : 30 eV (only RF), 100 eV (with ECH)
• Ion temperature :50 ~ 500 eV (only RF) ~ 400 eV  高温度	• Magnetic field :0.15 ~ 1.5 Tesla• Particle flux density : 1022 ~ 1024 m-2 s-1

 強磁場環境~ 1.4×1023 m-2 s-1• Heat flux density :0.1 ~ 20 MW/m2~ 11 MW/m2 （with ECH)

• Plasma duration :0.4 sec. ~ 4 sec. (10 sec. with low magnetic field)• Fluence :1023 ~ 1025 m-2 /day, ~ 1026 m-2 /week

D-module	Elevation System	

PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	

E-Divertorのパラメータと物理目標
Ion Energy vs Ion Flux Density		 Tsukuba U.!
SOL Plasma	 E-Div.!

• タンデムミラー端部で生成されるイオンのエネルギーは，トカマクのSOLプラズマに匹敵する程度に高い。	

• ミラー端部では、比較的高い磁場強度を発生している。
(0.15 ~ 1.5 Tesla)	

• エンド部において，ガス導入，リサイクリング促進を図ることにより，放射冷却に つ い て の 機 構 を 解 明 し，非接触プラズマ実現とその特性評価を行う。	

最終的に，環状系プラズマにおける非接触プラズマの定常維持の達成に貢献する。
PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	ダイバータ模擬実験

1.03RF3 - 8.0MHz[keV]

粒子束・熱流束の増大	 

0.8
2

エンド部直前の西バリア部のＩＣＲＦ直接加熱	 Effective Ti//

0.60.410.20140160Time

180[ms]0200

Ti of high & low components [keV]- ICRFによる端損失イオンの生成・制御 -Central Cell

West Anchor Cell

#2253910.505015025050
150250 50
Time [ms]Time [ms]150250Time [ms]-2181.0[ 10 m ]5Line density on east anchor cellLine Density[1018East Anchor Cell

15

アンカー部における	 高密度プラズマ生成	 	 	 >	 	 1019	 m-3	 432Particle flux [ 1022/s m2 ]1.5-2m ]東西両アンカー部加熱による	 
セントラルセル高密度プラズ 西アンカー部アンテナを用いた予備実験	 
西バリア部の共鳴に周波数を合わせた	 マ生成～ 5×1018	 m-3	 
ＩＣＲＦ加熱でイオン温度上昇の確認	 

> 1023 m-2 s-1 	
10510500100

150200Time[msec]

2500246810-42Ion current [ 10 A/cm ]12PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	ダイバータ模擬実験モジュール

D-module�

Gas�Plasma�Exhaustport�

Inlet aperture(φ20 cm)�
Total
height:~4.7 m
�V-shaped target�

on the roof ofD-module�

C�Mo�
C�

ElevatingSystem�
高速カメラによる可視光イメージ計測	

タングステンターゲット板�(0.3 m x 0.35 m x 0.2 mm)• 可変開口角��from 15° to 80°• 静電Probe × 16， 熱流計 × 14, 真空ゲージ × 2• タングステンターゲット板の高温化��up to 573 K• H2, He, Ne, Ar, Xe 等の追加ガス入射PlasmaAr gas�• 背面排気口によるダイバータ排気�
PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	ダイバータ模擬実験
303	  K373	  K- 水素リサイクリングの壁温度依存性 -Upstream plasma density (1017 m-3)
1.2

水素リサイクリングの増大	

1.0

上流密度	WB

0.855

Hα intensity
30% ↑(60%↑by 分光計測) 	 ターゲット板高温度化	 
350

Hα Intensity (a. u.)5045423	  K
40TC

35

Electron density (1016 m-3)

heater3.5

2.5523	  K300

電子密度25% ↑ 	

3.0<	 300℃	 

Inlet
Target

2.0

300

45
Electron temperature (eV)
40

Inlet
Target

電子温度	

35573	  K
30300

350

400

450

500

Temperature (K)550600ターゲット板温度	 

Temperature (oC)473	  K

250

Lower Plate

TC5
TC6
TC7
TC8

200
150
100
500050100

150Time (min)

PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	- 非接触化（Ar, Xe + 水素ガス入射）-上流側プラズマ（セントラルセル）のプラズマパラメータとターゲットコーナー部のイオン束の時間変化	

高速カメラによるD-module内Hα発光の二次元イメージ	

Xeガス圧力の上昇
コーナーのおけるイオン飽和電流の顕著な減少（< 3%）	

H2+Xe (Hα filtered）�
Vertical position X (pixel)�

ダイバータ模擬実験

target plate�Horizontal position Z (pixel)�

Langmuir probe #1�
Langmuir�probe�

Plasma�#3�#2�
#5�#4�

#1�

Corner detector(Calorimeter ＆ probe)�

Calorimeter�
PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	ダイバータ模擬実験- 非接触プラズマの特性評価 高速カメラによるD-module内
Hα発光の二次元イメージ	

D-module内プラズマパラメターの導入ガス量依存性	

導入ガス種による電子冷却、非接触の程度の違いが認められた。	

コーナーにおけるイオン飽和電流	

ne (1017 m-3), Te (eV)1.5	 N LC C 	  p/b ECH
c ECH	 I	 i-sat	 	 T eD iv
101	 neD iv

50500.5100150200

Ii-sat (Arb. U.)

加熱系の重畳による非接触状態から接触状態、接触状態から非接触状態への遷移を観測した。	

NLCC (1013 cm-2 )150250Time (ms)

PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	ダイバータ模擬実験- 非接触プラズマの特性評価 -D-module内ガス導入による再結合過程の促進が認められた。	
3Plasma�Langmuir probe #1�
Langmuir�
probe�
#3�
#5�#4�

#2�

#1�

Electron density (1018 m-3)

電子 2
密度	
1WB05
Corner detector
Inlet4Target(Calorimeter ＆電子 3 D-module� �probe)�
密度	Calorimeter�

Electron density (1017 m-3)

1050Electron temperature (eV)

電子 30
温度	
20

Inlet
Target40

D-module内プラズマパラメターの	導入ガス量依存性	

D-module

100300

Ion temperature (eV)

ｲｵﾝ温度	
100

Inlet
Target200

D-module0→120
Hα Intensity (a.u.)

900120Hβ Intensity (a.u.)→ 分子活性化再結合	（MAR）の可能性	

Hβ	 60強度	
30000.10.20.3

非接触化		
＜共通する現象＞	
Teが2 - 5 eVの領域で発生 	

Hα	 60強度	
3090＜水素ガスのみ＞	
ガス圧力の増大と共に、	
• ターゲット前面Neのロールオーバー	• Te，Tiの減少（数eV，数10eV）	
• Hα,Hβ強度の変化		
＜希ガス＋水素＞	
水素ガス圧力の増大に伴って、	
• ターゲット前面Neのロールオーバー	• Te： 2 – 3 eVで一定	
• コーナー部でのイオン束の減少	

0.40.5Pressure in D-module (Pa)0.60.7PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	双方向型共同研究に基づく最近の研究成果

1. トムソン散乱計測の進展
空間多点同時計測とマルチパス・トムソンの開発	

多点同時計測電子温度	
(a)#227086

Collection
mirror

9 ch. opticalfiberElectron temperature [ eV ]80

PlasmaYAG laser	

70
60
50
403020100-20-15-10-505101520

X [ cm ]マルチパストムソン散乱信号	
Multi-pass Thomson scattering signal
2

H25年度	

Mirrors	• 光ファイバー、ポリクロメーターを増設し、空間3点の電子温度、電子密度のプラズマ1ショットでの同時計測を可能とした。
• マルチパス・トムソン散乱計測システムを開発し、4パスまでのトムソン散乱信号の取得に成功し、散乱信号の約3倍増加と、電子温度計測精度の2倍以上の向上が見られた。

Intensity [ Rel. units ]①	1.5

1Single-pass (#229254)
Multi-pass (#229235)②	③	④	0.50150

200250300

350Time [ ns ]PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	２．マイクロ波計測の進展
frequency
multiplierx4
ATT
70.15GHz可変

AMP ATT
17.5375G
Gain 33dB
P1dB 30dBm

17.5G

BPF
17.5375G 17.5375G

ATTdivider

oscillator

17.5G

37.5MHz70.15GHz

frequency
multiplier
150MHzplasmax4-9dB ATT
IF

φ-3dB
AMP ATT

150MHz150MHz (IF out)

ATTRF
70.15GHz

LO 可変RFx4

17.5G

37.5M

LO

Phase Detection
Systemsinφ
cosφ

PLDRO
+20dBm
17.5GHz

周波数逓倍型70 GHzマ
イクロ波干渉計を構築し、システム全体の安定性を高めた。	

70G frequency17.5G

multiplierD-モジュールにおける2次元密度計測を目指し、「GAMMA 10ダイバータ模擬実験のためのマイク
ロ波イメージング干渉計用1次元アンテナアレイの開発・東京農工
大：桑原先生」を進めた。	

新型ホーンアンテナミキサーアレイ	「ホーンアンテナ型ヘテロダイン・イメージング受信器、１次元ホーンアンテナ型ヘテロダイン・イメージング受信器及び２次元ホーンアンテナ型ヘテロダイン・イメージング受信器」でH26年特許出願（NIFS長山先生外）
PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	３．H26年度E-Div.部計測計画
E-Div計測システム	
トムソン散乱光は、後方散乱を使用して測定する。
分光測定用のファイバーも同じ光学系で設置する。	
マルチパス・トムソン
散乱計測システム	

マイクロ波イメージング干渉計を設置する。H26年度は、空間１次元を径方向に測定する予定。	

To Thomsonpolychromator	
To visible
spectrometer	

Microwave imaging
interferometer	 PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	双方向型共同研究− 拠点間連携課題 −	「磁場閉じ込めプラズマにおける粒子補給最適化」	
研究代表者：

京都大学・エネルギー理工学研究所 小林進二	
筑波大学・プラズマ研究センター
中嶋洋輔	

背景・目的と昨年度までの成果	
定常環状プラズマ型核融合炉における課題解決を指向した連携研究	 高密度プラズマ制御を目指した粒子補給の最適化	
筑波大学での課題：超音速分子性ビーム入射(SMBI)の特性解明	
 直線型配位を生かした高度計測システムの構築	 数値シミュレーションによるSMBIの粒子供給モデル化	
 SMBIのノズル形状による指向性の違いを定量評価した。	
 指向性を持つビームを模擬できるようにシミュレーション
コードを改良することで、実験結果をよく説明できるようになった。

Hα線発光強度の２次元分布の比較	
(a)多視線カメラ同時計測の結果(b)シミュレーション結果	

今年度の予定	 種々のノズル（ラバールノズル）を用いて、ビームの入射指向性の基礎データを取得	
 電子温度等の非一様性を考慮したシミュレーションの高度化	
京都大学との連携推進：	 ヘリオトロンJに最適なSMBIラバールノズルの提案	
 改良したSMBIシミュレーションのヘリオトロンJプラズマへの適用	 種々のノズル形状におけるビーム指向性	
PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	双方向型共同研究「ガンマ10V字ターゲットへの熱粒子束の低減に対する中性粒子の影響」	
研究代表者 日本原子力研究開発機構 福本正勝
世話人 筑波大学プラズマ研究センター 中嶋洋輔	

今年度の予定	プラズマ照射時の磁場を印加した状態で、既知の量の水素ガスをDModuleに導入し、絶対圧力の校正を行う。さらに、水素以外のガス（Ne，Ar，Xe等の希ガス）に対する感度校正も行う。また、プラズマ照射時のエミッション電流に発生したノイズの原因を特定し、ノイズを低減するための対策を行う。また、エミッション電流を一定に保つ制御回路の構築を検討する。 秋以降の実験シリーズにおいて、１０月期及び１２月期で２回程度の実験を計画している。	

高速イオンゲージ	 

B-Aゲージ	 

可とう管	 

D-モジュール	 D-モジュールに取り付けた高速イオンゲージ	

1210H2 gasinjection

Plasmairradiation

0.5Ii

860.60.40.3

Ie40.220.10-400-2000Time (ms)200Emission current (mA)

• 本研究では、ガンマ10のダイバータ模擬実験において、ダイバータ模擬実験モ
高速イオン電極	 ゲージ	 
ジュール (D-Module) 内やV字ターゲット内の中性粒子圧力を測定し、プラズマ照射時におけるV字ターゲット前面での電子温度・密度やV字ターゲットへの熱粒子束に対する中性粒子の影響を調べることを目的とする。
• 昨年度は、D-Module内の中性粒子圧力ICF70	 の変化を測定するため、高速イオンゲー
電流導入
真空フランジ	 
端子	 ジを取り付けるための真空フランジを製作し、D-Moduleに取り付けた。その後、無磁 製作した電流導入端子付真空フ場環境下でD-Moduleに水素ガスを導入し、 ランジと高速イオンゲージ	
高速イオンゲージの動作を確認した。さらに、プラズマ照射時におけるD-Module内の中性粒子圧力の変化を初期計測した。 	

Ion current (µA)

研究の目的と昨年度の成果	

0.0400プラズマ照射時におけるイオン電流とエミッション電流	 PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	双方向型共同研究ー 拠点間連携課題 ー「核融合材料における水素挙動のプラズマ照射効果に関する研究」
昨年度照射したSiC, W 試料表面の分析結果	
研究代表者 東北大学金属材料研究所 永田晋二

筑波大学プラズマ研究センター 中嶋洋輔	

H
22Si
11W
150-2

Low ion temperature
High ion temperature322

1

10FeMo	 W

300

He+, O+ implanted
unimplanted+
He implanted
depth+
O implanted
depth (-300nm)

250
200
150

before plasma irradiation
preimplanted SiC
unimplanted SiC
1000
ERD spectra of SiC
400 ms 5 shots500100HD300

400

5000100200300

4000200500

Channel number

4400 ms 10 shots
3350

Channel number	 
Shots

-220

10Si

H0215	 Retained H, displacedSi (10 m )0-2021Mo

4Deposited metal atoms (10 m )31500

Recoil yield

3D予照射SiCにおける水素同位体置換	

ERD spectra of W preimplanted by ions
400 ms x 15 shots	 

Fe

Recoil H yields

-2

4204

He予照射Wにおける水素捕捉		 400

H retention, Si displacements (10 m )Areal density of deposited atoms (10 m )SiC表面の捕捉水素量、堆積元素量 （O,Fe,Mo,W)	
および損傷量(C,Si)のプラズマ照射量・温度依存性	• SiC表面での堆積元素、捕捉水素、損傷量はイオン温度 350 eV、0.4 s、10ショット程度の照射で飽和し、それ以上のプラズマ照射では堆積層が減少する。イオン温度依存性は高Z元素と損傷量において顕著である。	
• Ｗでは堆積量、損傷量、捕捉水素量はSiCのおよそ10分の1以下であるが、水素注入深さへのHe予照射によって水素捕捉が起こる。	
• SiCでは水素同位体置換現象が観測される一方で、イオン予照射に伴う欠陥形成による水素捕捉量への影響は見られない。	

今年度は、これまでの照射条件に加え、低照射量と高照射量での実験を行い、堆積層の形成と捕捉水素量との関係を明らかにする。さらに、イオン注入による欠陥形成や前処理による表面組成・形態の変化を付加し、これら表面状態が水素挙動にあたえる影響について、系統的な解析を行う。また、 SiC、Ｗ以外にTi、Zr合金を用いた試料を作成し、入射フルエンス、フラックスの測定を試みる。秋以降の実験シリーズにおいて、１０月期及び１２月期で２〜３回の照射実験を計画している。	
PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	ま と め	 筑波大学プラズマ研究センターでは，「数億度の高性能コアプラズマと常温壁の両立」を目指して，電位/電場によるプラズマの閉じ込め・輸送とダイバータプラズマ模擬研究並びに関連機器開発、人材育成を積極的に推進している。
MW級ジャイロトロン開発
大電力化・長パルス化を幅広い周波数領域（14〜300 GHz）にわたりMWレベルで推進，国内の研究拠点との密接な連携研究。

ダイバータ模擬実験
制御性の高いICRF，ECHを用いた端損失プラズマ流（高イオン温度、電子熱流束）の発生と高性能化，ダイバータ模擬実験モジュールの設置，希ガス等の導入による高温プラズマの非接触化に成功，非接触プラズマの特性評価とその物理機構解明へ向けた着実な進展。

双方向型共同研究
トムソン散乱マイクロ波計測をはじめとする高度先進計測，粒子補給の最適化，およびダイバータ計測の進展，ダイバータ模擬プラズマにおける中性粒子計測，ダイバータ候補材へのプラズマ照射と材料表面分析。

PRC Sympo 2014, Y. Nakashima	End