電子サイクロトロン放射測定からの電子温度評価における相対論的効果の影響の克服

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15540481
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 佐藤 正泰 特殊法人日本原子力研究所, 炉心プラズマ研究部, 主任研究員 (80354603)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 草間 義紀 特殊法人日本原子力研究所, 炉心プラズマ研究部, 室長・主任研究員 (70343902) ; 諫山 明彦 特殊法人日本原子力研究所, 炉心プラズマ研究部, 研究員 (90354597) ; 濱松 清隆 特殊法人日本原子力研究所, 炉心プラズマ研究部, 主任研究員 (20354574) ; 森下 一男 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (60109353)
• Keywords: 相対論的効果の克服 / 電子サイクロトロン放射(ECE) / トカマク / 電子温度測定 / 電子密度測定

Research Abstract

トカマクにおける電子サイクロトロン放射(ECE)は通常磁場の弱いトーラスの外側から観測し、電子温度分布を得ている。電子温度が高くなると、相対論的効果により得られる電子温度分布がみかけ上ずれ、そのずれが電子温度、電子密度に依存することが知られている。しかし、電子密度を他の計測データを用いてずれを補正することはECE計測の独立性がなくなることを意味する。電子密度をECE自身で得る方法を確立し、ECE計測による電子温度計測を独立した計測法にすることが今回受託した科学研究費の課題の一つである。
ECEを強磁場側、弱磁場側から両方から観測することによって電子密度を導出する可能性を、相対論的効果を考慮した数値計算により検討した。強磁場側観測の場合、弱磁場側観測に比べて相対論的効果が大きく現れ、ECEで得られる電子温度分布が見かけ上大きくずれる。同じ空間位置から放射される放射、即ち同じ電子温度の放射を両側から観測すると、この放射の周波数が異なる。この周波数の差は放射率スペクトルの形を反映しており、放射率は電子密度に比例するので、この周波数差を測定することにより電子密度が求まる可能性がある。この周波数差の電子温度、電子密度依存性を数値計算により詳細に評価した。その依存性をスプライン関数で補間した値を基に、電子密度導出方法のシミュレーションを行った。即ち、電子温度、密度分布を仮定し、両側観測時の同じ電子温度の周波数の差を求め(実際は、簡単のために、弱磁場側の温度は仮定した電子温度分布とした)、仮定した密度分布と比較した。計算を行った限られた範囲では、比較的良い一致が得られ、密度測定が可能であることが数値計算により示された。これは、相対論的効果の影響を克服し、他の計測データを用いずに電子温度分布を測定できることを示唆するものであり、受託課題の一つが解決できる見通しを得たことを意味する。