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Development of three-color laser interferometer for high accuracy electron density measurement

Research Project

Project/Area Number 19K14694
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
Research InstitutionNational Institutes for Quantum Science and Technology

Principal Investigator

Ohtani Yoshiaki  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 那珂研究所 先進プラズマ研究部, 主任研究員 (10805823)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2021: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywords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
Outline of Research at the Start

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。

Outline of Final Research Achievements

In order to reduce a noise floor in the interferometer and measure the plasma in high accuracy, the three-color laser interferometer which is the improved one of the two-color laser interferometer has been developed. This interferometer consists of three one-color laser interferometers with coaxial laser beams, and be considered as three sets of a two-color laser interferometer. From the two sets of the two-color laser interferometer, the value consisting only of the noise floor can be assessed. The noise floor can be reduced by subtracting the value consisting only of the noise floor from the measurement value obtained with the other two-color laser interferometer.
In the demonstration, a noise floor reduction by 15%, and a 100-Hz noise reduction by 53% were achieved. The 100-Hz noise floor is caused by the vibration noise, which remains because of the non-coaxiality of the three beams.
This result is published in Review of Scientific Instruments.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、3波長干渉計は磁場閉じ込め核融合プラズマの密度計測を高精度化することができることを示した。これまで2波長干渉計によって振動ノイズは除去されているものとして評価されてきたが、わずかな光軸のずれが密度計測の精度を悪化させることを明らかにした。また、本干渉計は振動ノイズ成分だけでなく、それ以外の周波数帯のノイズも低減しており、2波長干渉計よりも高精度に計測することが可能である。本成果は、詳細な物理研究のための計測器のみならず、将来的にプラズマの密度制御のための高精度モニタとして、核融合エネルギー研究に貢献できるものと思われる。

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (2 results)

All 2023 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (1 results)

  • [Journal Article] Conceptual design and demonstration of a three-color laser interferometer for noise reduction in fusion plasma measurements2023

    • Author(s)
      Ohtani Y.、Imazawa R.
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 94 Issue: 1 Pages: 013502-013502

    • DOI

      10.1063/5.0128536

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高精度電子密度計測のための3波長レーザー干渉計の開発2021

    • Author(s)
      大谷芳明、今澤良太
    • Organizer
      第39回 プラズマ・核融合学会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

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