2016 Fiscal Year Research-status Report
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16K18338
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
辻村 亨 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (00732744)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 核融合プラズマ / 電子サイクロトロン加熱 / プラズマ加熱 / 大型ヘリカル装置 / リアルタイム制御 / 偏波 / ミリ波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、核融合プラズマにおいて有望な外部加熱法である電子サイクロトロン加熱（ECH）の高効率化を目的としている。大型ヘリカル装置（LHD）プラズマにおいて、電子密度分布が電子サイクロトロン（EC）波の正常波（O）モードあるいは異常波（X）モードの純粋励起に与える影響を数値的に調べた。その結果、主に周辺プラズマ領域においてEC波のO/Xモード結合が発生することを見出した。これは電子密度分布に応じた入射ミリ波偏波の最適化が必要であることを示している。
この結果に基づいて、FIRレーザー干渉計による電子密度分布を用いた入射ミリ波偏波のリアルタイム制御系を構築した。ホストコンピュータに依存しないスタンドアローンな制御システムをFPGA (Field Programmable Gate Array) を用いて構築することで長時間パルス放電にも対応可能なものとした。磁気面上における電子密度分布をリアルタイムで算出し、高速回転可能な偏波器をECHの伝送系に備えることで、0.5 Hz程度の密度変調信号にも最適な偏波が追随して入射することができる。放電後に得られるトムソン散乱計測による電子密度分布と比較して、制御に影響が発生する差異は発生していないことを確認した。
LHDプラズマ実験における初期結果として、放電中に電子密度を緩やかに増加させると、制御を行わない場合はプラズマへのパワー吸収率は低下するだけだったのに対して、制御を行うことにより、高効率を維持することに成功した。これは電子密度分布に応じて、最適な偏波をリアルタイムで算出して偏波器を回転制御することで、加熱するモードが純度良く励起されたことを示している。
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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
研究実施計画に基づいて研究が進展していると考えている。
LHDプラズマにおいて、電子密度分布と磁気シアがEC波のO/Xモード結合に与える影響を定量的に調べることで、入射ミリ波の最適化制御のためのモデルを構築することができた。それから実際に、FIRレーザー干渉計による電子密度分布を用いた入射ミリ波偏波のリアルタイム制御系をFPGAを用いて実装することができた。この制御システムはLHDプラズマの電子密度分布の時間変化に十分追随して入射偏波の制御が可能になっている。
LHDプラズマ実験における初期的なデモンストレーションに成功し、電子密度分布の変化に応じて入射ミリ波偏波が制御され、ECHの加熱効率を高い状態に維持することができた。この制御はパルス時間に依らず可能であり、定常実験や長時間パルス放電にも適用できるため、将来の核融合プラズマのECHによる立ち上げ時にも活用できることを示すことができた、という点において研究が順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
放電後に得られる多くの解析データを用いて、入射ミリ波偏波のリアルタイム制御実験結果について詳細な解析を進める。特に放電後に得られるトムソン散乱計測結果とそこから得られる磁気面マッピング情報を用いて、光線追跡やO/Xモードの励起率についての計算・解析を進めて、実験結果を評価する。
次にEC波のプラズマ中での屈折効果を考慮した、EC波の入射方向のリアルタイム制御システムの構築を進める。入射ミリ波偏波と同様に、入射方向についても特に周辺プラズマ領域における電子密度分布が屈折に与える影響が大きいと予想される。リアルタイム制御が可能となるような簡略化した光線追跡コードを開発し、FPGAを用いて実装する。LHDプラズマ実験を模擬した電子密度分布の仮想的な時間発展を制御系に入力することで、制御系が正常に動作するかどうかを検証し、LHDプラズマ実験に適用可能であることを示す。
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[Presentation] Impact of the LHD Peripheral Region and the Magnetic Axis Shift on Optimal On-Axis ECRH Injection for High-Electron-Temperature Plasmas2016
Author(s)
T. I. Tsujimura, S. Kubo, H. Igami, R. Makino, H. Takahashi, T. Shimozuma, Y. Yoshimura, R. Seki, M. Yokoyama, M. Osakabe, T. Mutoh
Organizer
26th IAEA Fusion Energy Conference
Place of Presentation
国立京都国際会館（京都府京都市）
Year and Date
2016-10-17 – 2016-10-22
Int'l Joint Research
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