プラズマ乱流がマイクロ波伝播に及ぼす影響の実験的解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K14688
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 矢内 亮馬 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40824743)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ECH / マイクロ波 / プラズマ乱流

Outline of Annual Research Achievements

プラズマ中の乱流による密度揺動により、電子サイクロトロン加熱（ECH）に用いられるマイクロ波ビームがプラズマ中で散乱され、ビーム幅が広がることをマイクロ波照射による熱温度上昇から調べるために、大型ヘリカル装置（LHD）の真空容器内のマイクロ波入射ポートの対向面にあるモリブデン製の保護板内に熱電対を複数個設置し、マイクロ波ビームのプロファイル計測を試みた。2020年度実施時に問題となったマイクロ波の回り込みによる影響を抑えるように保護板間の隙間を埋める、熱電対を銅箔で覆うといった改良を行ったが、熱電対の出力信号のばらつきがまだ大きく、現状のところビームプロファイル計測はできていない。
また、一方でプラズマ中でのマイクロ波ビームの吸収分布からビーム広がりを評価するために、電子密度を変化させることで、周辺部での密度揺動が変化することを想定して、LHDにおいて電子密度を放電ごとに変化させて、ECHのパワー変調実験を実施した。その結果としていくつかの電子密度のケースについて実験データを取得し、異なる密度揺動強度での実験を実施することができた。この実験に得られたデータについて、密度揺動強度とパワー吸収分布の相関に着目して今後詳細にデータ解析を行っていく。また、Full-waveによる電磁波解析を活用して、数値計算を用いての密度揺動によるマイクロ波ビームの広がりについての解析を行い、実験結果との比較を行っていく。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

2021年度は熱電対アレイによるマイクロ波ビームプロファイル計測を行ったが、思ったような結果を得ることができず、想定していた計測による密度揺動の影響評価ができなかったため。今後は2021年度のプラズマ実験で取得したデータに焦点を当てて、研究を進めていく。

Strategy for Future Research Activity

2021年度にLHDでのプラズマ実験で取得したデータの解析を行い、実験面からマイクロ波ビームの広がりについて評価する。必要であれば追加の実験を実施し、データの取得を行う。また、Full-wave法による電磁波解析を用いて数値計算の面からもマイクロ波ビームの広がりについて評価を行う。以上の方法を用いて、LHDにおける密度揺動によるマイクロ波ビームが受ける影響について評価する。

Causes of Carryover

2021年度に出張を実施せず旅費の使用がなかったため。
2021年度初めに購入予定だった物品の購入の必要がなくなったため。
2022年度の学会発表のための旅費、参加費およびデータ整理、文書作成用のパソコンの購入に使用する予定である。