In this study, enhanced radial transport in a volume-recombining region in detached helium plasmas in a linear device, Magnum-PSI, was investigated. By installing a reciprocating Langmuir probe, electrostatic fluctuations with high spatiotemporal resolutions were measured and analyzed. As a result, the ion-flux profile broadening in the detached state and the coherent plasma structure, which has an internal electric field in the azimuthal direction, were confirmed. By analyzing the emission intensities obtained with a fast framing camera viewing around the probe head, an enhanced fluctuation, which has an azimuthal mode number of m = 1, was found to be correlated with radial plasma ejection. This m = 1 mode rotates by the drift with the radial electric field and magnetic field and is correlated with the m = 0 mode. These two modes behave like a predator and prey; they quasi-periodically appear with about a quarter-period shift. Because the ion flux flowing into the target plate decreases when the radial transport is enhanced, this cross-field transport disperses the ion flux and decreases the maximum heat load applied to the target.
本研究では、線形装置Magnum-PSIにおける非接触ヘリウムプラズマ中の体積再結合領域での動径輸送の増強について調査した。往復動ラングミュアプローブを設置することにより、高い時空間分解能を持つ静電揺動を測定し、解析した。その結果、非接触状態におけるイオン束プロファイルの広がりと、方位角方向に内部電場を有するコヒーレントなプラズマ構造が確認された。プローブ先端周辺を視野とする高速フレーミングカメラによる発光強度の解析から、方位角モード数m=1を持つ増強された揺動が、動径方向のプラズマ排出と相関していることが見出された。このm=1モードは、動径方向の電場と磁場によるドリフトによって回転し、m=0モードと相関している。これらの2つのモードは捕食者-被捕食者のように振る舞い、準周期的に約1/4周期の位相差をもって出現する。動径輸送が増強されると、ターゲットプレートに入射するイオン束が減少するため、この横断輸送はイオン束を分散させ、ターゲットに加わる最大熱負荷を低減する。