ミリ波を用いた核燃焼プラズマ中のD/T燃料比計測法の開発

• Project Area: Tritium Science and Technology for Fusion Reactor
• Project/Area Number: 22017007
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 徳沢 季彦 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (90311208)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2011: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2010: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: プラズマ・核融合 / D/T燃料比 / ミリ波計測 / GAM振動 / アルヴェン固有モード

Research Abstract

本研究の目的は、小電力のミリ波を用いたプラズマ内部における反射や散乱現象を利用して、プラズマ密度揺動の周波数スペクトルを観測し、これからプラズマ中の局所的な燃料イオン比の情報を得ることである。観測される密度揺動の周波数がイオン質量と密接な関係を持つことを利用した新しい計測手法を開発する研究であり、特に将来の核融合炉心の燃焼プラズマ奪制御する上で重要であると考えられる、燃料である重水素とトリチウムがプラズマ中でどのように混在しているか、すなわちD/T燃料比の空間分布計測の可能性を明らかにすることを目指している。本年度は、GAM振動周波数を空間局所情報として精度よく計測するため、ドップラー反射散乱計測法の整備を行い、プラズマ背景流速の検出に成功した。しかし想定した計測領域におけるGAM振動強度が弱いことすなわち空間的に非常に局所性が強いことが判明した。そこで、包括してプラズマ全領域を観測する計測機器を用いて、GAM振動周波数の燃料比変化や加熱によるプラズマ温度変化に対する依存性等のデータを実験的に取得することに成功した。また、イオンサイクロトロン周波数帯の密度揺動の強度分布を観測する計測器開発においては、プローブ光であるミリ波の周波数掃引制御法を開発し実験に適用できた。そしてさらに、当初計画の想定を超えて密度揺動の絶対値またこれからイオンサイクロトロン加熱電界強度を含めた計測にも成功した。これはこのような大型装置においては世界初の成果である。この開発研究によって、数十kHzのGAM振動から数十MHzのイオンサイクロトロン振動までの広帯域な密度揺動を同時に観測できる計測手法の確立に大いなる進展と成果が得られた。一方、不純物ガスによる誤差の評価をより高精度化する必要があるという課題点も明らかとなったが、今後D/Tを用いた核燃焼プラズマ実験への適用可能性についての目処が立った。

Research Products

• [Journal Article] 講座「電磁波を用いたプラズマ診断の基礎と最前線」 (2011)
  • Author(s): T.Tokuzawa, et al
  • Journal Title: プラズマ・核融合学会誌 Volume: 87 Pages: 345-349
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observation of Long-Distance Radial Correlation in Toroidal Plasma Turbulence (2011)
  • Author(s): S.Inagaki, et al
  • Journal Title: Phys.Rev.Lett. Volume: 107 Issue: 11 Pages: 1150011-5
  • DOI: 10.1103/physrevlett.107.115001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Long Range Temperature Fluctuation in LHD (2011)
  • Author(s): S.Inagaki, et al
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 6 Pages: 1402017-1402017
  • DOI: 10.1585/pfr.6.1402017
  • NAID: 130000903700
  • ISSN: 1880-6821
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multifrequency channel microwave reflectometer with frequency hopping operation for density fluctuation measurements in Large Helical Device (2010)
  • Author(s): T.Tokuzawa, et al.
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 81
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Developments of electron cyclotron emission spectroscopy and microwave reflectometry on LHD (2010)
  • Author(s): T.Tokuzawa, et al.
  • Journal Title: Fusion Science and Technology Volume: 58 Pages: 364-374
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observation of Reversed Shear Alfven Eigenmode Excited by Energetic Ions in a Helical Plasma Profile (2010)
  • Author(s): K.Toi, et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 105
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ミリ波を用いたLHDプラズマ密度揺動に関する観測 (2012)
  • Author(s): T.Tokuzawa, et al
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-05
• [Presentation] マイクロ波による核燃焼プラズマの密度・揺動計測 (2011)
  • Author(s): T.Tokuzawa, et al
  • Organizer: 核融合エネルギーフォーラム
  • Place of Presentation: 核融合科学研究所
  • Year and Date: 2011-12-21
• [Presentation] ドップラー反射計によるLHDプラズマのポロイダル回転速度計測 (2011)
  • Author(s): T.Tokuzawa, et al
  • Organizer: Plasma Conference 2011
  • Place of Presentation: 石川県立音楽堂
  • Year and Date: 2011-11-22
• [Presentation] Multi-frequency channel microwave reflectometer with frequency hopping operation for density fluctuation measurements in LHD (2010)
  • Author(s): T.Tokuzawa, et al.
  • Organizer: 18th Topical Conference on High-Temperature Plasma Diagnostics
  • Place of Presentation: Wildwood, New Jersey, USA
• [Remarks]
  • URL: http://tritium.nifs.ac.jp/