Plasma turbulence study by frequency scanning millimeter-wave scattering measurement using additive manufacturing array antenna

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H01880
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14020:Nuclear fusion-related
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: Tokuzawa Tokihiko 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (90311208)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 立体造形 / 3Dプリンタ / アンテナアレイ / 散乱計測 / ドップラーレーダー / プラズマ乱流

Outline of Final Research Achievements

Understanding and suppressing turbulence in high-temperature plasmas is important to improve the performance of magnetic confinement plasmas for fusion power reactors, and it is necessary to develop a method to observe turbulence characteristics in detail that can be applied in future high-load severe environments.
In this research, we established a technique to fabricate a phased array antenna that can be composed only of a metal housing without a driving mechanism using a 3D metal printer.　By constructing a Doppler radar system using this antenna as a transmitter/receiver antenna, we were able to develop a method for observing the spatial structure, rotation velocity, and energy spectrum of turbulent flows.

Free Research Field

核融合学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

フェーズドアレイアンテナは社会において通信や防衛など様々な分野で活用されている。本研究で開発を行った漏れ波アレイアンテナは従来からある技術に最新の金属３Dプリンタ―を用いた造形技術を組合わせることによって、初めて実現することができた。立体造形ならではの構造物の実現化とそれによる科学的成果の現実化を示した例であると言える。プラズマ物理研究においてもこの新しいアンテナを用いた観測技法によりこれまでに観測することができなかった乱流のエネルギースペクトルの時空間構造変化を調べられることとなり、これから新たな物理的な知見が得られると期待できる。