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

1994 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): 徐 紀華 核融合科学研究所, 助手 (30260045) ; 笹尾 真実子 核融合科学研究所, 助教授 (00144171) ; 居田 克巳 核融合科学研究所, 助教授 (00184599) ; 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: ビームプローブ / 磁場分布計測 / モ-ショナルシュタルク効果 / 偏光計測

Research Abstract

近年Motional Stark Effectを利用した磁場測定がいくつかのトカマク装置で行われるようになってきた。プラズマ中に入射した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可視光は、Motional Stark Effect(MSE)によって磁場の方向に垂直なπ成分と平行なσ成分に波長の差が生じる。それを分光的手法で分離して片方のσ成分のみを取りだし、その直線偏向の偏光面を計測する。これがMotional Stark Effectを利用した磁場測定の原理である。
水素ビームがH^α光を出す際の原子過程と、水素ビームと観測視野の幾何学的要素を厳密に取り入れて、MSEペクトラムを計算するコードを作った。原子過程では、電離と荷電交換によるプラズマ中のビームの減衰、励起断面積の電子密度依存性を考慮した。幾何学的要素では、ビームイオン源の形状、ビーム発散角、トカマク磁場配位、視野の立体角、分光器の装置関数を考慮した。MSEペクトラム計算コードを使って次のことが明らかになった。
MSE計測の最適設計について、1)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。2)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向する方向で観測すると、最適である。
MSEスペクトラムの応用として、1)MSEペクトラムから電子密度を計測できる可能性がある事を示した。2)水平面に対して、0度、45度、90度、135度に偏光面を傾けた複数の直線偏光素子を使い、4種類のMSEスペクトラムを同時に測定することによって、プラズマ内部のポロイダル磁場が計測できる事を示した。3).ビームの発散により、長波長側のπ光と短波長側のπ光のピークの高さに差が生じてスペクトラムが非対称になるのを利用し、JFT-2Mで観測されたMSEスペクトラムから、ビームの発散角度(1.3度)を求めた。