直近5年度39件 · 全国14機関 · 科研費全体の9.7% · 通算382件
核融合科学研究所や量子科学技術研究開発機構、京都大学などを中心に、トムソン散乱、モーショナルシュタルク効果分光、マイクロ波・ミリ波計測、軟X線イメージングなど多様な診断手法の高度化が進められている。さらに、光渦レーザーやゴーストイメージングなどの新しい原理に基づく計測法の開発や、データ同化・機械学習を活用したプラズマのデジタルツイン構築と予測制御の研究も活発に行われている。
この領域が扱うのは プラズマ診断、トムソン散乱、電子サイクロトロン放射、リフレクトメトリー、ラングミュアプローブ、軟X線、干渉計、発光分光、密度分布、電流分布、プラズマ制御、データ収集、ニューラルネットワーク といった主題です。
この領域の課題の概要からまとめた、いま取り組まれているテーマ。
電子温度・密度や速度分布関数の異方性を高精度に測るため、超高速トムソン散乱や偏光分光、近赤外輝線診断などの開発を進めている。
レーザーの空間構造を制御した光渦ドップラー分光やゴーストイメージング吸収分光により、従来困難だった流れや3次元構造を可視化しようとしている。
マイクロ波屈折計、周波数走査型ミリ波散乱計測、電子サイクロトロン放射などの開発で、乱流や高速粒子、密度分布の計測を進めている。
実験データをシミュレーションに取り込むデータ同化や強化学習により、プラズマのデジタルツイン構築と適応的制御の研究を進めている。
核融合炉の主要不純物であるタングステンイオンの輝線同定と分光モデルを整備し、不純物輸送の解明につなげようとしている。
計測と制御の領域は、複数の診断手法を組み合わせてプラズマ内部状態を推定する点に特徴がある。特に核融合科学研究所や量子科学技術研究開発機構、京都大学などが中心となり、超高速・高精度化だけでなく、光渦やゴーストイメージング、データ同化・機械学習といった新たな原理や情報科学手法を診断に取り入れる研究が盛んである。
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2022年度以降に期間が続いている39件。概要は研究代表者本人が科研費に登録した文章です。
代表 小林 達哉研究部
高温プラズマ内部の電流分布は、プラズマ不安定性の制御や、乱流輸送の物理機構解明のために必須の基幹データである。電流分布の実験計測のため、モーショナルシュタルク効果分光(MSE)計測が運用されている。従来のデータ解析手法では、計測位置によって感度や誤差範囲の異なる複数データを並列に用い、矛盾なく電流分布を求めることは容易でなかった。本研究では、プラズマ電流分布の高精度計測およびその普遍化を目指し、MSE計測のベイズ推定を行う。ベイズ推定は、物理量の確率分布を推定する。この特性を利用し、他の計測器で得られたデータとの同時確率分布を計算することで、異種プラズマ計測データ統合を行い、推定精度を高める。
ベイズ推定 · モーショナルシュタルク効果分光 · プラズマ電流
KAKEN 26K07050代表 山田 一博研究部
プラズマの電子温度を計測するトムソン散乱装置は、「電子の運動はプラズマ中で等方的で，その速度分布関数はマクスウエル分布である」という仮定を前提にして、プラズマの電子温度を測る温度計として最適化され設計されてきました。一方、「この仮定は正しいのだろうか？」という物理的な問いを検証する装置としては最適化されていませんでした。本申請課題で提案する新しいポリクロメーターを用いれば，電子温度の異方性や速度分布関数のマクスウエル分布からのずれを高い精度で実験的に観測することが可能になります。
トムソン散乱計測 · LHD · ポリクロメーター · 電子温度異方性 · 非マクスウェル分布 · 速度分布関数 · 非マクスウエル分布
KAKEN 24K07002代表 安原 亮研究部
本課題では，これまで100Hz程度に制限されていた大型トカマク型プラズマ装置の電子温度・電子密度測定手法：「レーザートムソン散乱計測装置」の測定周期を1000倍の100kHzへと超高速化する．これにより，核融合発電実現に向けて，高圧力プラズマの長時間維持に必須な突発・過渡現象の物理研究を加速的に進めるための手段を実証する．
トムソン散乱 · 高繰り返しレーザー · バーストモードレーザー · 高速トムソン · 過渡的現象 · 突発現象 · 高出力レーザー · 高出力レーザ
KAKEN 23K25859代表 徳沢 季彦研究部
核融合プラズマ中の乱流の空間構造・スケール構造を高い波数分解能で計測できるシステムを構築し、突発的に発生する現象、特にプラズマの閉じ込めが突然悪化した時に、エネルギーカスケード構造がどのように変化するのかを明らかにする。これにより、核融合発電炉におけるディスラプション現象を理解する物理知見などを得る。 この革新的な計測は、同時に、様々な周波数のミリ波帯電磁波を沢山発生させ、かつ様々な方向へミリ波ビームを放射する技術を組合せて実現する。高温プラズマ中の散乱波数スペクトルの時空間変化を世界で初めて計測し、太陽観測など他分野の突発現象との比較も行い、高温プラズマの突発現象の特性を明らかにする。
プラズマ乱流 · エネルギーカスケード · 波数スペクトル · 散乱計測 · フェーズドアレイアンテナ
KAKEN 23K25858代表 後藤 勇樹研究部
2017年、円軌道を持つ電子からの高次高調波放射が渦性を示す、つまりヘリカル波面を持つことが理論的に示された。電子サイクロトロン運動(ECM)は円運動の一種であるため、電子サイクロトロン放射(ECE)もヘリカル波面を持つことになる。ECEを含む現象は自然界に普遍的に存在しているにも関わらず、そのヘリカル波面を持つECEは今日まで観測されていない。そこで本研究ではヘリカル波面を持つECEを実験的に観測し応用することは可能か、ということを学術的「問い」に設定し研究を行う。
光渦 · スパイラルミラー · 電子サイクロトロン放射 · Abraham-Lorentz方程式 · Friedrichsモデル
KAKEN 22K14025代表 向井 清史研究部
磁場閉じ込め核融合プラズマでの輻射は、軸対称性が仮定できない最外殻磁気面の外側で主に生じるため、本質的に3次元構造を持つ。したがって、非接触ダイバータ等の輻射に関する物理機構の解明にはイメージング（多次元）計測が有効である。しかしながら、3次元CTの適用は計測ポート数の制約による悪条件から困難であることが多い。 本研究では、イメージング計測の2次元輻射画像から統計的手法で特徴的な輻射構造を抽出する。輻射は閉じ込め磁場の磁力線に沿った構造を持つため、磁力線構造を考慮して奥行き方向の情報を補完し、輻射の3次元構造を明らかにする。特に非接触ダイバータや放射崩壊について輻射の3次元構造を明らかにする。
画像計測 · 輻射計測 · 特徴抽出 · 異常検知 · 主成分分析 · オートエンコーダ · 非接触ダイバータ · 放射崩壊
KAKEN 22K03583代表 鈴木 千尋研究部
国際熱核融合実験炉ITERにおけるプラズマ中のタングステン挙動の解明に寄与するため、複雑な構造を持つタングステンイオンからの極端紫外スペクトルに関する分光モデルを、機械学習を活用した実測ベースで構築する。広範なプラズマパラメータ領域で観測された大量のスペクトルデータの機械学習に基づき、エネルギー準位構造や準位間の遷移レートを少数のパラメータでモデル化し、電子温度依存性や原子番号依存性が実測を再現するように調整することで、分光モデルを高精度化する。
タングステン · 機械学習 · UTAスペクトル · 変分オートエンコーダー · 分光モデル · UTA
KAKEN 21K03515代表 徳沢 季彦ヘリカル研究部
本研究では、将来の核燃焼炉心内部のような低衝突プラズマにおいてその特性に大きな影響を及ぼすことが予想されている微視的乱流の観測システムを確立するため、(1)3Dプリンターを用いた立体造形によって複雑な三次元構造のアレイアンテナを精密かつ安価に製作し、(2)機械駆動機構が無く高速かつ堅牢に様々な角度にミリ波ビームをスキャンすることのできる周波数走査型のレーダー散乱計測システムを構築し、(3)高温プラズマ実験装置に適用してプラズマの微視的乱流の計測を行い、予測理論研究との比較を行うことにより、新しい乱流物理の知見を得ることを目的とする。
立体造形 · 3Dプリンタ · アンテナアレイ · 散乱計測 · ドップラーレーダー · プラズマ乱流 · ３Dプリンタ · ３Dプリンター
KAKEN 19H01880代表 吉村 信次研究部
従来のレーザー分光法によるプラズマの流れ計測では、レーザーの光路に沿った方向の速度成分に関する情報しか得られなかった。我々がが独自に開発した光渦ドップラー分光法では，光の位相を制御して光渦ビームとすることで，光の進行方向に加えて光路を垂直に横切る速度成分にも感度をもたせることに成功している。本研究では、測定したい流れに合わせてレーザー光の位相と強度をデザインするというコンセプトで、新しいプラズマ計測法を提案する。具体的には、空間光変調器に描画したホログラムによって光渦ビームの強度分布を能動的に制御した非対称光渦レーザー誘起蛍光法を確立する。
非対称光渦 · 空間光変調器 · ホログラム · レーザー誘起蛍光法 · プラズマ計測
KAKEN 25K00979代表 後藤 基志研究部
プラズマ中の電子速度分布関数はさまざまな要因により非等方性を持つ場合があると考えられるが、それを計測する手段は確立していない。本研究では、偏光分光イメージング計測を用いて、非等方性の空間構造とその大きさを計測する。また、この計測手法を用いて、非等方性が原因と考えられている現象について実際に非等方性が形成されていることを確認するとともに、モデル計算を用いて非等方性の大きさを定量的に評価する。
非等方的電子速度分布 · 偏光プラズマ分光 · 磁気双極子遷移
KAKEN 25K00978代表 吉村 信次研究部
本国際共同研究では，プラズマと固体材料との境界領域におけるイオンの流れを「光渦」と呼ばれるレーザー光を用いて計測する．従来のレーザー計測では，光の進行方向に沿った流れ成分しか計測できなかったが，光渦を用いることで進行方向に垂直な流れ成分も測定可能となる．アイオワ大学とウエストヴァージニア大学の装置で実験を行うことで，光渦を用いた計測の有効性を示す．プラズマと材料表面境界のイオンの流れは様々なプラズマ応用技術でも鍵となるパラメータであり，エッチング・薄膜形成といったプラズマ応用プロセスのその場計測への発展性も有している．
光渦 · レーザー誘起蛍光法 · 流れ計測 · プラズマ · シース
KAKEN 24KK0063代表 西浦 正樹研究部
研究代表者らが培ったミリ波技術を超高周波数分解(Δf ~ 1MHz)DSP受信機に適用し，高ダイナミックレンジ(> 30 dB)化する．次に，スペクトル解析手法にW7Xグループの開発した非等方性を考慮した解析モデルを取り入れる．新受信機に解析手法を適用することで，CTSスペクトルに内在する本質を抽出することを可能にし，従来の高エネルギーイオン計測手法の精度向上のみならず，複数種の燃料イオン計測を可能にする点で先進的である．異なる設計概念に基づいたLHDとW7Xは生成されたプラズマの状態が大きく異なる．そこでの体系的な実験は開発したCTS計測手法の検証に適している．
核融合プラズマ · 高エネルギーイオン · 協同トムソン散乱計測 · ミリ波 · トモグラフィ · 深層学習 · GAN · 熱・粒子輸送
KAKEN 19KK0073代表 森下 侑哉工学研究科
計測情報が限られる中で核融合プラズマの内部状態を推定し、挙動を予測制御するためには核融合プラズマのデジタルツインの構築が必要である。本研究では、実験データを用いてシミュレーションモデルを最適化するデータ同化の技術とこれまで多数蓄積されてきた核融合プラズマの実験放電データを活用して、核融合プラズマのデジタルツイン構築を行う。多数の放電データの同時データ同化により、それらの放電に共通する性質を抽出し、デジタルツインに集約する手法を確立する。さらに、大型ヘリカル装置（LHD）に蓄積された放電データを対象とし、予測・再現性能が高いデジタルツインの獲得を目指す。
核融合プラズマ · データ同化 · デジタルツイン
KAKEN 25K17368代表 稲垣 秦一郎エネルギー理工学研究所
トーラスプラズマにおける自発的な三次元構造の形成は磁場配位によらず様々な装置で確認されている．このような構造形成現象の前駆現象や素過程を解明するためには，巨視的なプラズマパラメータの三次元ダイナミクスを計測することが求められる．本研究では，プラズマから放射されるX線をピンホールカメラにより二次元画像として計測し，得られたデータから電子温度および電子密度の空間分布を推定する新規プラズマ診断手法の開発を目的としている．また本手法を逆磁場ピンチプラズマに適用し，空間構造の自発的形成過程の解明を目指す．
核融合プラズマ · プラズマ計測 · X線計測
KAKEN 24KJ1549代表 村上 定義工学研究科
本研究では、これまで開発を進めてきた核融合プラズマにおけるデータ同化シミュレーションコードASTIに観測情報によるシステムモデルの更新と目標状態を実現する制御入力の推定とを統合した新たなデータ同化フレームワークを導入する。次に、磁場配位が比較的安定しており、プラズマ制御が比較的容易であるヘリカル型実験装置（LHD、Wendelstein7-X、Helotron-J、HSX）を用いたデータ同化による予測制御の実証実験を行う。最後に、ヘリカル型実験装置での実証実験により得られた知見を基に、大型トカマク制御への研究を進める。
核融合プラズマ · データ同化 · 予測制御 · 統合シミュレーション
KAKEN 24K00609代表 金 史良エネルギー理工学研究所
磁場閉じ込め核融合プラズマでは、エネルギー散逸過程として雪崩輸送が注目されているが、雪崩は様々な時空間スケールで無作為に発生するため、有効な計測法が確立されていない。本研究では、雪崩輸送の定量的な計測方法の確立を目指し、 (i)マイクロ波反射計を用いた計測法と(ii)データ駆動型アプローチによる評価方法により雪崩輸送を観測し、その発生機構や分布形成に及ぼす影響を実験的に検証する。
マイクロ波計測 · 輸送 · 乱流 · 雪崩輸送 · マイクロ波反射計 · データ解析 · ヘリカル · トカマク
KAKEN 23K13084代表 四竈 泰一工学研究科
磁場閉じ込めプラズマの近赤外原子輝線を高波長分解分光すれば，電磁場や相対論効果による原子のエネルギー変化を，紫外・可視輝線よりも高感度に観測できる．また，得られる情報を用いて今までにないプラズマ診断法を実現できる可能性がある．代表者はこれまで，この知見を磁場によるエネルギー変化（ゼーマン効果）の観測に適用してきた．本研究では，同じ方法を，電場（シュタルク効果）や相対論効果（スピン軌道相互作用）に対して適用し，これらの高感度観測にもとづく2種類のプラズマ診断法：(1) ECHマイクロ波電場の計測，(2) 電子速度分布の異方性の計測，を提案し，実証する．
プラズマ分光 · ACシュタルク効果 · ECH · 偏光 · 電子速度分布
KAKEN 24K00604代表 四竈 泰一工学研究科
磁場閉じ込め核融合炉の開発では、今後、ITERやDEMOをはじめとする強磁場・大電力加熱の実験が中心となり、電磁場を利用したプラズマ診断の重要性が高まると考えられる。電磁場を利用した診断は、分光ではシュタルク・ゼーマン効果による輝線の波長分裂を用いて行われるが、標準的な可視分光の場合、これらの分裂は線幅に隠されてしまい精密計測が難しい。そこで本研究では、シュタルク・ゼーマン効果と線幅の波長依存性の違いに着目し（前者は2乗、後者は1乗以下に比例）、近赤外分光を使ってシュタルク・ゼーマン効果を高感度で計測する。この結果得られる精密な電磁場情報を利用することで、2種類の革新的プラズマ診断を実現する。
近赤外分光 · 周辺プラズマ · 逆変換 · マイクロ波 · ECH · シュタルク効果 · ゼーマン効果 · 分光
KAKEN 21H01054代表 東條 寛那珂フュージョン科学技術研究所 先進プラズマ研究部
厳しい放射線環境を伴う燃焼プラズマに適応できる新しい電子温度計測手法を提案し、世界で初めて実証する。偏光角がそれぞれ異なる2つのプローブレーザーを同じ光路でプラズマに入射することで、発生するトムソン散乱光の偏光状態（電子温度に依存）を能動的に調整し、プラズマ中の電子温度の評価が可能になることを示す。また同計測手法の高精度化のため、専用のトムソン散乱光検出装置の開発も行う。
電子温度 · フュージョン · レーザー · トムソン散乱 · 中性子 · トムソン散乱計測 · 屈折光学系 · 偏光
KAKEN 21K03518代表 仲野 友英那珂フュージョン科学技術研究所 先進プラズマ研究部
元素・イオンから発せられる輝線の強度は原子番号（Z）に対して系統的に変化する．この性質を利用し，Hf(Z=72), Ta(Z=73), W(Z=74）およびAu(Z=79)に対して，束縛電子数が11個/12個となるイオン（Wの場合63価/62価）の輝線の強度を理論・実験で比較し，一致の程度を原子番号に沿って系統的に追跡する．これによって（Wの場合）63価/62価間の価数の変化のしやすさを精度よく誤差付きで決定する． 価数の変化のしやすさは高温の核融合プラズマ中のこれらイオン（不純物）の量の導出に必要であるが，実用的に誤差の小さいデータは存在せず，本研究はこの要請に応えるものである．
タングステン · ナトリウム様イオン · マグネシウム様イオン · 電離断面積 · 再結合断面積 · 二電子性再結合 · 原子分子データ · 原子番号依存性
KAKEN 20K03914代表 若月 琢馬那珂フュージョン科学技術研究所 先進プラズマ研究部
定常運転を行う核融合炉では、プラズマ電流の大部分が自発電流で駆動されるプラズマが求められるが、そのようなプラズマでは圧力と電流分布がプラズマの輸送特性によって自律的に決定される。このような自律性の高いプラズマの性能を安定に維持するために、本研究では実験における輸送特性に適応して制御を行うシステムを強化学習の手法を用いて実現する。強化学習を用いたシステムでは各制御時刻でのプラズマの応答特性を入力データから推定し、その特性に適応して制御を行うことができると期待され、多様な輸送特性を持つプラズマの信頼性の高い制御が実現できる。
トカマク · 強化学習 · 適応的制御
KAKEN 19K14697代表 大谷 芳明那珂研究所 先進プラズマ研究部
プラズマの電子密度時間発展計測手法として、レーザー干渉計は計測時の仮定の少ない手法として知られている。しかしながら、レーザーを長距離伝送する場合、光学機器の振動による計測誤差だけではなく、大気の温度・湿度や圧力変化に起因する屈折率の変化による計測誤差があることが知られている。そこで、計測ビームに使用する波長を選択することによりこれまで取り除くことができなかった大気の屈折率変動による計測誤差を低減することができる、3波長のレーザーを用いた先進的な3波長干渉計を新たに考案した。本研究は考案した3波長干渉計により実験的に計測誤差を低減できることを実証する研究である。
干渉計測 · レーザー計測 · プラズマ計測 · 磁場閉じ込め核融合 · 干渉計
KAKEN 19K14694代表 皆川 裕貴生産工学部
本研究は，ねじれた光波である光渦をビームに用いた光渦レーザー吸収分光法（OVLAS）を粗視化・高速化することで，幅広いプラズマ実験に適用可能な分光法として確立することを目指している．OVLASは，従来は困難とされてきたレーザーを横切る流れを測定可能な手法である．本研究によって確立する粗視化・高速化されたOVLASを，磁場閉じ込め核融合炉の排気を担うダイバータ板近傍のプラズマ研究に活用し，中性粒子輸送のダイナミクスを観測する．
プラズマ分光 · レーザー吸収分光法 · 光渦 · 再結合プラズマ · プラズマ診断
KAKEN 25K17366代表 荒巻 光利生産工学部
位相空間における粒子の分布構造は，プラズマ中の様々な現象を駆動しており，その観測はプラズマの基礎・応用・核融合に共通する重要課題の１つである．本研究は，光の空間構造を制御して利用することで，プラズマの大域的な位相空間構造を画像化する新たな分光法の開発を目的としている．本研究では，構造化照明に結像系を導入することで，世界で初めてゴーストイメージングを厚みのある半透明物体（プラズマ）の空間分解測定に適用する．さらに，再結合プラズマで観測されている突発的な径方向輸送現象の可視化へと応用することで本測定法の有効性を示す．
ゴーストイメージング · プラズマ分光 · プラズマ分光診断 · 吸収分光 · 吸収分光法 · シングルピクセルイメージング
KAKEN 23K25846代表 荒巻 光利生産工学部
吸収分光法は科学研究における重要な測定法の１つとして確立しているが，光の伝播路で 積分された情報しか得られないという大きな欠点がある．本研究では，情報ホトニクスの 分野で開発されたゴーストイメージングが構造化照明と受光信号の相関を利用しているこ とに着目し，構造化照明の結像面に相関を局在化させることで吸収分光に3次元の空間分解能を持たせるとともに，再結合プラズマの3次元構造測定へと応用することを目的としている．このゴーストイメージング吸収分光法が確立されれば，従来の吸収分光法の弱点を克服し，プラズマ全体にわたる大きな3次元構造を容易に観測することが可能となる．
ゴーストイメージング · シングルピクセルイメージング · プラズマ分光 · 吸収分光法 · 構造化照明 · 吸収分光
KAKEN 20K20914代表 西村 涼汰工学研究科
タングステンはITERや原型炉プラズマに存在する主要な不純物の1種であり、高い放射パワーが核融合反応を阻害すると考えられているため、不純物制御が重要なテーマとなっている。タングステンはイオン価数毎に異なる放射をし、中でも最外殻電子が 4f 軌道にある 20価前後の低価数イオンスペクトルは複雑な構造であるため参照可能なデータが乏しい。本研究では、低価数タングステンイオンのスペクトルの同定を行い、核融合プラズマ診断へ適用することを目的とする。
代表 大石 鉄太郎工学研究科
ITERのプラズマ中心部等高電子温度のプラズマ中に分布し放射損失の担い手になると考えられる，極めて価数の高いタングステンイオンの空間分布計測手法を確立する．具体的には，核融合科学研究所の大型ヘリカル装置LHDで極端紫外分光を用いて，高電離タングステンイオンの発光波長同定と空間分布計測を行う．電子密度及び電子温度の空間分布とタングステン不純物輸送の関係を調べ，不純物蓄積を抑制する条件を探索する．
不純物輸送 · タングステン · 極端紫外分光 · ITER · 多価イオン · プラズマ・核融合
KAKEN 20K03896代表 江尻 晶新領域創成科学研究科
マイクロ波計測は、そのロバスト性（耐放射線、耐高熱負荷、耐高粒子負荷）から、核融合燃焼プラズマにおける主要な計測として期待されているが、原型炉では、十分な数と種類の計測機器を設置することが困難であり、マイクロ波計測にはより高次の機能が求められている。本計画は、マイクロ波による屈折効果の利用を目指すものであり、マイクロ波屈折計を設計製作し、TST-2球状トカマクに設置し、トムソン散乱計測で得られた密度分布下での数値計算と比較することで、屈折測定の精度と有用性を検証することである。
マイクロ波計測 · 屈折 · 原型炉 · 球状トカマク
KAKEN 25K07260代表 篠原 孝司新領域創成科学研究科
本研究では、熱化プラズマの閉じ込め領域の外にまで軌道をもつ高エネルギー電子のジャイロ半径(すなわちエネルギー)と磁場ベクトルに対する角度を同時に特定できる損失電子プローブを開発する。このようなプローブは電子のジャイロ半径の小ささから高精度なプローブヘッドが求められ、従来のトカマク型プラズマ発生装置での実現例はない。開発した損失電子プローブを東京大学柏キャンパスの球状トカマク装置TST-2に適用し、低域混成波維持プラズマ中の高エネルギー電子の生成、散逸、輸送過程を明らかにする。
高速電子 · 計測器 · TST-2球状トカマク装置 · 低域混成波 · 高エネルギー電子
KAKEN 21K03506代表 杉本 みなみ工学研究科
核融合エネルギー開発において、非接触でプラズマ計測を行う分光法の高度化は重要である。実際の装置では分光計測を行うために設置する窓の大きさや方向は、様々な制約により制限される。従来手法では、分光計測窓の制限がある場合に空間分布を得ることが困難であった。 よって本研究では、限られた計測視線しか得られない条件下で、分光信号より電子密度・温度の空間分布を推定する手法を開発する。本研究では主にヘリウム原子線を使用するが、この手法の本質は主にパラメータ最適化にある。したがって、本手法の開発で得られるパラメータ最適化における知見は、核融合炉などの不良条件下におけるプラズマ計測に広く生かされうると考える。
プラズマ分光 · プラズマ計測 · ニューラルネットワーク
KAKEN 23KJ1100代表 岡本 敦工学研究科
プラズマを構成する電子のエネルギー分布が熱平衡の場合とそうでない場合とで、あるいは、磁場に平行な方向と垂直な方向とで電子の温度が異なる場合で、電子が衝突して生じるプラズマの発光や電子とイオンが結合して原子に戻る過程（体積再結合過程）がどのように変化するのか、実験を通じて明らかにします。実験結果に基づいて、プラズマの発光からエネルギー分布を予測するモデルの構築を試みます。
境界層プラズマ · 体積再結合 · エネルギー分布 · 非等方性 · 衝突輻射モデル · レーザートムソン散乱計測
KAKEN 23K25845代表 西山 修輔保健医療学部
本研究は、プラズマの固体あるいは液体との界面付近に形成されるシースおよびプレシースにおける電界構造の実験的計測が可能となる、半導体レーザーを光源としたプラズマ中の高感度電界計測法の開発を行うことが目的である。レーザー誘起蛍光法において、励起を2段階で行い線幅の狭い半導体レーザーを用いることでドップラーフリーの波長分解能が実現できる。これを水素プラズマ中の水素原子し、シースおよびプレシース領域に生じる電界をシュタルク効果によるスペクトルの変化から計測する。
電界計測 · 水素プラズマ · レーザー誘起蛍光法 · キャビティリングダウン吸収分光法 · ラムディップ · シュタルク分光 · 半導体レーザー · シース
KAKEN 20K03890代表 西山 修輔保健医療学部
単一モードの狭帯域レーザーを計測対象原子の吸収中心波長付近で発振させ、電気光学素子(EOM)でスペクトラム拡散変調を行って数GHz幅の広帯域光としてプラズマ中を通過させた後、再度スペクトラム拡散変調すると、光路途中の吸収による効果は広帯域の微弱な信号となって元のレーザー光の波長の周囲に広がって分布する。この光を光ヘテロダイン法でマイクロ波領域の信号に変換し、もう一度スペクトラム拡散変調すると、プラズマによる吸収スペクトルがマイクロ波信号のスペクトルに復元され全体の吸収スペクトルが得られる。この方法の実証および原子分光法への応用を研究する。
レーザー吸収分光法 · スペクトラム拡散変調
KAKEN 26K07057代表 山崎 広太郎先進理工系科学研究科(工)
磁場閉じ込め型核融合発電に用いるプラズマ周囲の領域(Scrape off Layer,SOL)やプラズマと壁面が衝突する領域(ダイバータ)に存在する中性粒子が熱・粒子輸送に寄与することが理論およびシミュレーション研究から示唆されている.本研究では，中性粒子から生じるRayleigh散乱およびRaman散乱を観測することでプラズマ中に存在する中性粒子の温度密度分布を計測する手法を確立し，中性粒子がダイバータへの熱輸送に与える影響を実験的に明らかにする.本手法が確立すればSOLやダイバータにおける現象を解明する上で重要な物理量を取得することが可能になり，核融合発電が抱える課題解決に大きく寄与する.
磁場閉じ込め核融合 · 磁化プラズマ · 周辺プラズマ · Rayleigh散乱計測 · Raman散乱計測 · 中性粒子 · Thomson散乱計測
KAKEN 24K06994代表 川染 勇人情報工学科
高密度プラズマでは輻射された光がプラズマ内外のイオンや原子で再吸収される輻射捕獲が重要となり、光学的に厚くなると呼ばれる。そのため、本来は外部に放出されるエネルギーがプラズマ内部に蓄積されることによりプラズマ状態やエネルギー輸送に大きな影響を与える。本研究では、輻射捕獲を支配する共鳴線の吸収係数を高精度で評価する新しい手法の開発に挑戦する。すなわち、共鳴線と禁制線の強度比を用いた吸収係数評価方の確立を目指す。そして、その知見を取り得れた高密度プラズマと高ガス圧力領域での実効的な吸収係数とを組み合わせて、発光体から分光器までの測定系全体の吸収係数を評価できるシミュレーンコードを開発する。
輻射捕獲 · 真空紫外分光 · ヘリウムアークジェットプラズマ · Heアークジェットプラズマ · 真空紫外分光計測
KAKEN 23K03361代表 宗近 洸洋環境・社会理工学院
磁場閉じ込め核融合装置において、プラズマからの輻射光をトモグラフィーにより再構成することで装置に対するパワーバランスや、中性粒子・不純物輸送の議論ができ、装置の安定運転に貢献することができる。特に「放射崩壊」現象や「プラズマデタッチメント」技術にとって輻射分布の同定は物理現象解明やプラズマ制御において必須である。しかし、非軸対称なプラズマ形状のトモグラフィーを行うためには3次元画像再構成を行う必要や、装置内の反射光の影響も評価する必要がある。そこで本研究では、Raysectと呼ばれるレイトレーシングツールを用いて大型ヘリカル装置(LHD)のボロメータ計測におけるトモグラフィー開発を行う。
tomography · 3次元 · 最小フィッシャー法 · LHD · bolometry · ボロメーター · ray-tracing · トモグラフィー
KAKEN 22KJ1281代表 籔内 俊毅XFEL利用研究推進室
本研究では，高強度レーザーの照射により加熱，電離された固体物質の電離度情報を，高い時間・空間分解能をもって診断するための新しい手法を開発する．そのために，極短パルスかつ微小径に集光可能なX線源であるX線自由電子レーザー（XFEL）をプローブとして活用する．この診断手法の開発により，従来の手法では得られなかった物質の電離状態の高精細な情報の取得が可能となれば，レーザー照射に伴う物質へのエネルギー付与過程や高エネルギー粒子の輸送の理解が深まり，それらを取り扱う数値シミュレーションの高精度化も期待される．
高エネルギー密度科学 · 高強度レーザー · X線自由電子レーザー · プラズマ · 電離度 · プラズマ科学
KAKEN 22K03571代表 Pikuz Tatiana先導的学際研究機構
The project will represent a new step on the study of RTI phenomena and shock compression in solids in micrometer scale of morphology and energy dissipation in a matter, which have not been reached before. That include: - the 2D sub-micron resolution data about evolution of RTI in mixing and turbulence; - the precise discrimination between different models and simulations, - the method and results of turbulent energy spectra measurements; - method and measurements of shock wave density profiles. <BR> Research is pioneering and highly demand in the field of plasma physics, astrophysics and ICF.
X-ray radiography · Phase-contrast imaging · XFEL · Shock compression · Hydrodynamic phenomena · LiF crystal · Shock waves · Hydrodynamic instability
KAKEN 21K03499代表 中村 信行レーザー新世代研究センター
「偏光プラズマ分光」は天体や核融合炉など高温プラズマの異方性を診断する重要な手法である。多様な環境にあるそれらのプラズマでは様々なイオンが広範な波長の光を放出しているが、偏光分光診断に利用されるのは多くの場合軽元素の発光である。なぜなら重イオンが相対論的相互作用を介してどのように偏光を生じるのか、そのメカニズムが不明なためである。本研究では、明確に定義された異方性を持つ独自装置を用いて、近赤外から硬X線にわたる広波長範囲において種々の多価重イオンの発光を偏光測定し、そのメカニズムを原子物理の視点から明らかにする。
偏光 · 多価イオン · プラズマ診断
KAKEN 24H00200出典: KAKEN 科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）。 領域の振り分けは課題の概要をLLMに読ませて行っており、一つの課題は最も中心的な1領域にだけ 数えています。集計の考え方は 日本の核融合 を参照してください。
世界の論文で見た「計測と制御」の50年