| Project/Area Number |
20K14444
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
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| Research Institution | Nihon University (2023)
Ritsumeikan University (2020-2022) |
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Principal Investigator |
藤田 宜久 日本大学, 生産工学部, 助教 (20780711)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 光渦 / ECRH / 円筒導波管 / コルゲート導波管 |
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| Outline of Research at the Start |
電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)はプラズマ加熱の代表的な方法の一つである．ラゲールガウスビームは3次元的な位相構造からくる自由度により，効果的に共振させることができるため，さらなる加熱効率の向上が期待できる．しかしながら，既存伝送路ではラゲールガウスビームの伝播を想定していないため，伝播可能性を調査する必要がある．既存加熱装置を改変することはリスクを伴うため，理論計算をもとにした数値シミュレーションを用いる．現在の ECRH 装置ではコルゲート導波管が用いられており，その固有モードはハイブリッドモードである．そこで，ラゲールガウスビームのハイブリッド化も行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，プラズマ加熱に用いるための光渦の励起，ならびに適した伝送路の実現である．大電力ミリ波帯ではジュール損失などの影響から螺旋位相板やホログラムなどの既存手法を用いることができない．そこで，プラズマ核融合分野で実績のあるジャイロトロン（から出てくるガウスビーム）と導波管を組み合わせて，光渦を励起させることを目指す．2023年度は特に「ガウスビームを用いた光渦の励起」について新しい知見が得られた．具体的な内容を以下に示す：
１．カップリング計算により，ガウスビームの斜め入射だけでは光渦を励起できないことが分かった．そこで，光軸も半径方向にずらすことで光渦を励起できることを示した．また，複数のビームを点対称に入射することで，変換効率も向上することが分かった．
２．３次元の電磁波伝播シミュレーションにより，現実に近い状況でも光渦を励起できることを示した．また，光軸をズラしたことに伴い不要なモードも発生しているため，意図したモードのみを取り出すために十分な時間と適切な長さの導波管が必要なことも分かった．
上記2つの成果はいずれも国際学会「Compumag，JSST2023，ISPlasma2024」で発表しており，論文も執筆中である．今後の課題として，入射ビームの数には物理的に上限があり，不要なモードの低減には限界があることが分かった．そこで，可視光領域における既存手法との比較検討も行い，解決策を模索していく．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度の成果である「カップリング計算」を改良し，適切な入射パラメータの同定を行った．さらに，数値シミュレーションにより３次元的にも光渦を励起できることを示した．これは，当初の目標である「ガウスビームを用いた光渦の励起」の実現可能性を示すことができたと言える．また，昨年度の課題であった「高次モードの発生に伴う変換効率の低下」に対して，複数のガウスビームを用いることで改善できることをも示すことができた．以上のことから，一定の成果が得られていると考える．
2024年度は残された課題である「プラズマ中における光渦の伝播特性」を明らかにしていく．また，周波数帯の違いから単純に比較することが難しい既存手法に対して，数値シミュレーションを用いることで提案手法との比較検討を行っていく．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度と同様に，成果発表に重きを置きつつも，以下３つの課題に取り組む．
・スパイラルミラーを用いる既存手法の定量的な評価
・光渦への変換効率の向上，高次モードの低減
・プラズマ中における光渦の電波特性の解明
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