{"created":"2023-06-20T13:20:29.629948+00:00","id":517,"links":{},"metadata":{"_buckets":{"deposit":"9deeecf6-3522-4c37-a7ac-286a45d2c3b6"},"_deposit":{"created_by":1,"id":"517","owners":[1],"pid":{"revision_id":0,"type":"depid","value":"517"},"status":"published"},"_oai":{"id":"oai:ir.soken.ac.jp:00000517","sets":["2:427:12"]},"author_link":["0","0","0"],"item_1_creator_2":{"attribute_name":"著者名","attribute_type":"creator","attribute_value_mlt":[{"creatorNames":[{"creatorName":"杉本, 達律"}],"nameIdentifiers":[{}]}]},"item_1_creator_3":{"attribute_name":"フリガナ","attribute_type":"creator","attribute_value_mlt":[{"creatorNames":[{"creatorName":"スギモト, 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/>　ダイバータプラズマ中の不純物分布についての研究は1970年代半ばのJFT-2Aでのダイバータ配位による不純物制御の実証が為され、その後、各国の磁場閉じ込め型核融合実験装置による観測と数値シミュレーションを用いた解析による理解が進められてきた。しかしダイバータ領域の複雑な幾何学的構造による影響もあり、不純物輸送特性の理解やそれに基づいた制御法という観点からは未だ課題が多い。<br />　そこで本研究では自然科学研究機構核融合科学研究所に設置してある直線型プラズマ実験装置TPD-IIを用いてダイバータ板前面の領域を模擬し、プラズマと模擬ダイバータ板としてのタニゲット板との相互作用によって生じたターゲット材料不純物のプラズマ内への流入とプラズマ中での輸送、特に磁力線方向へ輸送過程についての研究を行った。<br />　TPD.II装置で生成されるプラズマは直径2cm、長さ2mの円筒型の定常プラズマであり、そのパラメータも電子温度　数ev、電子密度1~8×10<SUP>19</SUP>m<SUP>-3</SUP>さらにターゲットに向かう流速が1~2×10<SUP>4</SUP>m/sと、ダイバータプラズマと同程度のパラメータでターゲットに向かう流れを持つ高密度プラズマである。実験にはヘリウムプラズマを用い、ターゲット材料には現在核融合炉壁材料として有力候補の一つである黒鉛を用いた。また本研究では不純物導入のためにターゲットに負バイアスを印加し、プラズマに対するターゲット板の電位を下げ、ターゲットヘのヘリウムイオン入射エネルギーをプラズマ-ターゲット板間のシース電場によって増加させ、物理スパッタリングを誘起し、ターゲット板からプラズマヘの炭素不純物導入を行つた。プラズマ中での炭素不純物分布を調べるため、プラズマ-ターゲット板との相互作用として生じた不純物としての炭素原子及びイオンのターゲット板からの距離に対する発光強度分布の観測を行った。発光強度の観測に用いた炭素原子及びイオンのスペクトル線はCI(247.86nm, 2p<SUP>2</SUP> <SUP>1</SUP>s-2p 3s <SUP>1</SUP>P<SUP>O</SUP>)、CII(283.76 nm, 2s2p<SUP>2</SUP> <SUP>2</SUP>S-2s<SUP>2</SUP> 3p 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cm以上はなれた上流側ではバックグラウンドプラズマとしてのヘリウムイオンと同程度の流速を持つことがモデル計算の結果として得られた。この結果は、ターゲット前面においてターゲットから生じた炭素原子はプラズマ内に流入後電離しイオンとなり、生成された1価の炭素イオンは原子の時の速度を引き継ぐのでイオン化直後は正の速度を持つが、イオンとなることによってバックグラウンドプラズマとしてのヘリウムプラズマ中のヘリウムイオンとのクーロン衝突による摩擦力が増大し、1価の炭素イオンの流速は次第に減速、負の流れへと変化することを示している。このことから1価の炭素イオンがヘリウムプラズマ中のヘリウムイオンとのクーロン衝突によってターゲット側に押し戻される摩擦力の効果が示された。<br />　また、2価の炭素イオンはターゲット板前面において負の方向、すなわちターゲットに向かう方向への流束を持つことがモデル計算の結果として得られ、これにより2価の炭素イオンがヘリウムプラズマ中のヘリウムイオンとのクーロン衝突による摩擦力によって、ターゲット側に押し戻されていることを示された。ターゲット板前面では正の方向に向かう1価の炭素イオンから2価の炭素イオンヘと電離し、1価の速度を引き継いで正の方向に向かう2価の炭素イオンが存在するため、ターゲット板前面での2価の炭素イオンの流速は正に向かう流れとバックグラウンドプラズマに押し戻された負の流れが重なり合い、その結果、ターゲットに近いほど負の流速は減少する。この正の方向に向かう2価の炭素イオンによる速度変化はターゲット板から50cm程度の範囲で起こり、それより上流では1価の炭素イオンと同様、ヘリウムプラズマの流れと同程度の流速を持つ。<br />　以上の結果から、物理スパッタリングによってターゲット板からプラズマ内に流入した不純物原子はプラズマ中を進行する過程において電離することでバックグラウンドプラズマのイオンとのクーロン衝突による摩擦力の影響を受けるようになり、ターゲット板へと押し戻されるようになる事が明確に示され、このことから本研究では不純物イオンの密度分布及び速度分布に対する摩擦力の効果、磁力線方向への不純物輸送に対するパックグラウンドプラズマ流の影響を示した。<br />　さらに本研究において、物理スパッタリングの損耗率から炭素は殆ど発生しないと考えられるターゲット板への負バイアス印加を行わない場合にも、炭素がプラズマ内に高いエネルギーを持って流入しプラズマ中に分布している実験結果を得た。炭素原子の発生量としては負バイアス印加時と比べて1/4に減少しているものの、空間密度分布は負バイアス実験と同程度の広がりを持っていた。このときの炭素原子の流入速度をターゲット前面での炭素原子密度の電離による減少から求めると、負バイアス印加時と同程度の速度2×10<SUP>4</SUP>m/sとの結果が得られた。<br />　ターゲットに負バイアス印加を行わない、物理スパッタリングでの炭素発生が非常に少ないと考えられる条件下で、炭素の流入及びその流入速度が物理スパッタリング時と同程度であると観測された理由について、本研究ではプラズマと団体材料壁の相互作用に関しては深く研究が進められたものではないが、物理スパッタリングの予想を超える炭素のプラズマヘの流入と侵入長から導き出される高いエネルギーを持った炭素原子のスパッタが実験結果から結論される。この実験結果について、炭素材のみに見られる照射促進昇華(Radiation-Enhanceo 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