2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of advanced millimeter wave diagnostic system for high energy ions in fusion plasmas and control for self-burning plasmas
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19KK0073
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
西浦 正樹 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (60360616)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤井 恵介 京都大学, 工学研究科, 助教 (10637705)
矢内 亮馬 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40824743)
關 良輔 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (80581066)
釼持 尚輝 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (80781319)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2024-03-31
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| Keywords | プラズマ / 核融合 / 高エネルギー粒子 / 散乱計測 / ミリ波 / トモグラフィ / 深層学習 / GAN |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合プラズマ中のDT反応で発生する高エネルギーイオン(3.5MeVα粒子)は燃料イオン(D,T)を加熱し，プラズマの自立燃焼を維持する．プラズマ中のα粒子の振る舞いを理解するために，α粒子計測が重要になる．本研究はミリ波協同トムソン散乱(Collective Thomson Scattering, CTS)計測による核融合プラズマ中の高エネルギーイオンの速度分布関数計測手法の確立が目的である．CTS計測で高エネルギーイオンと複数種のイオンの速度・空間分布の定量評価手法を確立する必要がある．LHDプラズマ実験において77GHzミリ波受信機の電子サイクロトロン輻射ECEによる絶対較正を実施した．従来のECEによる較正より精度を上げるため，測定したECEの周波数スペクトルをドップラー効果と相対論効果を考慮した補正を行い，密度勾配による視線の屈折の影響もレイトレース計算により補正した．従来のECE較正を用いていた電子密度1x10^19m^-3で電子温度数keVの領域では，較正に用いたプラズマは問題ないが，密度，温度が高くなると，先の効果の補正が重要になってくる．本構成手法をCTS計測時に適用し，in-situ較正を実証した．当然，プラズマの温度・密度を評価する際の送受信ビームの屈折による散乱位置の補正の重要性を示した．
ミリ波受信機のダイナミックレンジを向上させるため，デジタイザの性能を上げるための準備を進めた．高速イオンの速度分布を得るため，TASK/FPと深層学習による速度空間トモグラフィー手法を提案し，その成果を報告した．波及効果として，ミリ波コンポーネント開発(QバンドとVバンド高性能ノッチフィルター)をECE計測器へ導入し，EC加熱時もECEの計測を可能とした．
国内外の研究打ち合わせは，リモート会議を中心とし，プロジェクトの進捗状況を報告した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
計画段階では新しいミリ波受信機の準備を進めたが，性能試験が出来ていない．また，渡航予定の出張を次年度以降に延期したため，やや遅れたと判断した．
その代わり当初の予定にない新しい研究として，背景光となるECEとレイトレース計算を組み合わせたin-situ較正手法の開発が進んだ．高密度領域の有効加熱のための新しい電子サイクロトロン波の入射手法の開発，ノッチフィルタの他計測への応用など，ミリ波拠点形成としての役割を果たしている．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在，新しいミリ波受信機の較正手法について，成果を取りまとめている．新しいミリ波受信機によるダイナミックレンジ向上のための性能試験を実施する．
スペクトル解析コードについては，高速イオンの速度空間マッピングをCTS測定結果に適用できるように開発を継続する．
W7Xでの高エネルギーイオン解析については．W7X側との打ち合わせを緊密に保ちつつ，状況をみて開発した受信システムを持ち込み，プラズマ実験でデータ取得を試みる．
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| Causes of Carryover |
下記の理由により次年度使用額が生じた．
コロナ感染症のため，外国出張と外国人招聘を延期したこと．
受信機用のミリ波回路製作を翌年度予算と合算で使用する予定．
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[Journal Article] Collective Thomson Scattering Diagnostic for Wendelstein 7-X at 175 GHz2020
Author(s)
Moseev D.、Laqua H.P.、Stange T.、Abramovic I.、Nielsen S.K.、Akaslompolo S.、Avramidis K.、Braune H.、Gantenbein G.、Illy S.、Jelonnek J.、Jin J.、Kasparek W.、Krier L.、Korsholm S.B.、Lechte C.、Marek A.、Marsen S.、Nishiura M.、Pagonakis I.、Salewski M.、Rasmussen J.、Tancetti A.、Thumm M.、Wolf R.C.、W7-X Team.
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Journal Title
Journal of Instrumentation
Volume: 15
Pages: C05035～C05035
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] 協同トムソン散乱計測により得られた散乱スペクトルの速度空間トモグラフィー法2021
Author(s)
西浦正樹, 釼持尚輝, 奴賀秀男, 關良輔, 久保伸, 田中謙治, 足立迅, 下妻隆, 斉藤輝雄D, Moseev Dmitry, Salewski Mirko, LHD実験グループ
Organizer
日本物理学会 2021年年次大会
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