ビームプローブ・レーザー分光法によるプラズマ中の磁場分布計測法の開発

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04452314
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 藤田 順治 核融合科学研究所, 教授 (50023700)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤沢 彰英 核融合科学研究所, 助手 (60222262) ; 居田 克巳 核融合科学研究所, 助教授 (00184599) ; 笹尾 真美子 核融合科学研究所, 助教授 (00144171) ; 東井 和夫 核融合科学研究所, 教授 (20093057) ; 藤原 正巳 核融合科学研究所, 教授 (10023722)
• Keywords: プラズマ診断 / 磁場分布計測 / モーショナルシュタルク効果 / ゼーマン偏光 / レーザー誘起蛍光法

Research Abstract

先年度の結果に基づく若干の研究方針変更に従い、Motional Stark Effect(MSE)を利用した磁場測定をJIPP T-IIUカマクに適用するための検討に力を注いだ。プラズマ中に入射した高速の中性粒子が励起されて生じる可視光は、MSEにより磁場方向に垂直なpi成分と平行なsigma成分に波長の差が生じる。それを分光的手法で分離してsigma成分のみを取りだし、その直線偏光の偏光面を計測する。実際の測定では高速の中性粒子ビームの入射方向と観測する視線方向に次の条件が課せられる。(1)pi成分とsigma成分の波長の差を大きくするには、中性粒子ビームをできるだけ磁場方向に対して垂直に入射する。(2)高速の中性粒子とプラズマイオンとの衝突で励起された光を背景光から分離するために、視線方向をできるだけビーム方向に対し平行にする。(3)空間分解能を上げるには視線方向を磁力線方向に対し、できるだけ平行にする。これらの条件は相反するところがあり、全てを同時に完全に満たすことは幾何学的に不可能である。従って最適なビームと光化学系の配置は、ビームの速度、磁場強度、分光器の分解能等できまる。JIPP T-IIUでの実験に最適な配置を検討するために、MSEスペクトル計算コードを作成した。ビームイオン源の形状を厳密に取り入れると、イオン源の大きさによってスペクトルが広がり、非対称性が生じる。また、0度、45度、90度、135度にポーラライザーを置いた時に観測されるMSEスペクトルを計算でくるようになっている。この計算コードによる成果は、(i)計測用ビームのイオン源の形状として、アスペクト比2程度の楕円が最適であること。(ii)計測用ビームの入射角は、垂直方向から25度傾け、トロイダル角で約70度離れたポートから、計測用ビームに対する方向で観測すると、最適であること。(iii)複数のポーラライザーを置き、4種類のMSEスペクトルを同時に観測することによって、光弾性変調器等を使用せずにプラズマ内部のポロイダル磁場が計測できることが明らかになった。実際に日本原子力研究所のJFT-2Mトカマクで観測されたMSEスペクトルとの比較において、良い一致がみられた。