オーバーデンスプラズマにおけるBXOモード変換を用いた電子温度分布計測

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25420885
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 長崎 百伸 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (20237506)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 電子バーンスタイン波 / 電子温度計測 / モード変換

Outline of Annual Research Achievements

核融合プラズマにおいて、電子サイクロトロン波の吸収と放射は電子加熱・非誘導電流駆動や電子温度分布計測等に広く利用されている。従来、正常波（O-mode）や異常波（X-mode）といった電磁波が用いられているが、電磁波にはカットオフ密度と呼ばれるアクセス密度上限が存在し、カットオフ密度以上での電磁波の利用は困難である。高密度領域における電子温度分布計測の手法の一つとして、電子密度に関係なくプラズマ中を伝播可能な電子バーンスタイン波（Electron Bernstein Waves, EBW）の利用が提案されている。本研究は、プラズマ実験装置においてEBWを用いた電子温度分布計測を行い、高密度領域電子温度分布計測法としての可能性を探ることを目的とする。
昨年度に3次元磁場配位を考慮に入れたレイトレーシング計算コードを開発し、現状のアンテナシステムでOXモード変換効率が100%に近い値が得られることが理論的に得られた。こうした計算結果を基に多チャンネルラジオメータシステムを構築し、4チャンネルでのシステムの構築を行ってきたが、今年度は8チャンネルへの増強を行い、模擬信号を用いて1nWレベルの信号を測定できることを確認するとともに、ノイズソースを用いて相対感度較正を行った。このラジオメータをHeliotron JにおけるNBIプラズマ実験に適用し、電子サイクロトロン放射を計測できることを確認した。また、カットオフ密度以上において有意な強度の信号が得られた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

電子温度計測のためのラジオメータシステムの構築は完了し、カットオフ密度を超えたプラズマ実験での電子温度計測の準備は整った。

Strategy for Future Research Activity

ヘリオトロンJ装置におけるプラズマ実験への適用を進め、アンテナの角度をスキャンすることによりOX変換窓の探索による電子バーンスタイン波の検出を進めるとともに、カットオフ密度における電子温度分布計測を試みる。実験的に得られたアンテナの最適設定角度をレイトレーシング計算から予測される角度と比較し、理論予測の精度と限界を評価する。トムソン散乱計測によって計測した電子温度分布との比較を行い、得られた信号が電子温度を反映しているものかどうかを調べる。構築したラジオメータは可搬型で移動が比較的用意であるため、大型ヘリカル装置であるLHDでのEBW計測への適用も検討する。

Causes of Carryover

ラジオメータシステム伝送系構築に必要となるマイクロ波コンポーネントの納入が次年度となったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

90度ベンド、直線導波管等のマイクロ波コンポーネントの購入を予定している。

Research Products

• [Journal Article] Summary of ECRH/ECCD Presentations at EC18 (2015)
  • Author(s): K. Nagasaki
  • Journal Title: EPJ Web of Conferences Volume: 87 Pages: 02001
  • Open Access
• [Journal Article] Second harmonic ECRH breakdown experiments in the TJ-II stellarator (2015)
  • Author(s): A. Cappa, E. Ascasibar, F. Castejon, D. Tafalla, F. Tabares, M. Ochando, J. Romero, E. de la Cal, J. Martinez and K. Nagasaki
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 55 Pages: 043018
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/4/043018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental characterization of plasma start-up using ECRH in preparation of W7-X operation (2015)
  • Author(s): M. Preynas, D. Assmus, H. Igami, S. Kado, S. Kobayashi, S. Kubo, H.P. Laqua, T. Mutoh, K. Nagasaki, M. Otte, T. Shimozuma, T. Stange and Y. Yoshimura
  • Journal Title: EPJ Web of Conferences Volume: 87 Pages: 02005
  • DOI: 10.1051/epjconf/20158702005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Long-pulse Plasma Discharges by Upgraded ECH System in the LHD (2015)
  • Author(s): Y. Yoshimura, H. Kasahara, K. Nagasaki, M. Tokitani, N. Ashikawa, Y. Ueda, S. Ito, S. Kubo, T. Shimozuma, H. Igami, H. Takahashi, M. Nishiura, S. Kobayashi, Y. Mizuno, K. Okada, S. Ogasawara, R. Makino, I. Yamada, T. Tokuzawa, K. Tanaka, T. Mutoh and H. Yamada1 LHD Experiment Group
  • Journal Title: EPJ Web of Conferences Volume: 87 Pages: 02020
  • DOI: 10.1051/epjconf/20158702020
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] First measurement of time evolution of electron temperature profiles with Nd:YAG Thomson scattering system on Heliotron J (2014)
  • Author(s): N. Kenmochi, T. Minami, C. Takahashi, S. Tei, T. Mizuuchi, S. Kobayashi, K. Nagasaki, Y. Nakamura, H. Okada, S. Kado, S. Yamamoto, S. Ohshima, S. Konoshima, N. Shi, L. Zang, Y. Ohtani, K. Kasajima, and F. Sano
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments. Volume: 85 Pages: 11D819
  • DOI: 10.1063/1.4890255
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Effect of Magnetic Shear on Propagation and Absorption of EC Waves (2015)
  • Author(s): K. Nagasaki
  • Organizer: Japan-Korea Workshop on Heating and Current Drive
  • Place of Presentation: Daejeon Convention Center, Daejeon
  • Year and Date: 2015-02-26 – 2015-02-27
• [Presentation] Development of Electron Bernstein Emission Diagnostic in Heliotron J (2014)
  • Author(s): K. Nagasaki, Y. Nakamura, S. Kamioka, F. Volpe, H. Igami, K. Sakamoto, T. Mizuuchi, H. Okada, T. Minami, S. Kado, S. Kobayashi, S. Yamamoto, S. Ohshima, S. Konoshima, L. Zang, N. Kenmochia, Y. Ohtania, N. Marushchenko, Y. Turkin, F. Sano
  • Organizer: 24th International Toki Conference (ITC24) on Expanding Horizons of Plasma and Fusion Science through Cross-Fertilization
  • Place of Presentation: Ceratopia Toki, Toki
  • Year and Date: 2014-11-04 – 2014-11-07
• [Presentation] Plasma Start-up Using Microwaves in Fusion Devices (2014)
  • Author(s): K. Nagasaki, S. Kobayashi, M. Preynas, K. Hada, T. Mizuuchi, H. Okada, T. Minami, S. Kado, K. Masuda, Y. Nakamura, S. Yamamoto, S. Ohshima, S. Konoshima, K. Sakamoto, L. Zang, N. Kenmochi, Y. Otani, A. Isayama, S. Ide, F. Sano
  • Organizer: The 9th International Workshop “Strong Microwaves and Terahertz Waves: Sources and Applications
  • Place of Presentation: Nizhny Novgorod - Perm - Nizhny Novgorod
  • Year and Date: 2014-07-24 – 2014-07-30
• [Presentation] Control of Energetic-Particle-Driven Modes by ECH/ECCD in Helical Systems (2014)
  • Author(s): K. Nagasaki, S. Yamamoto, S. Kobayashi, K. Nagaoka, E. Ascasibar, M. Osakabe, Y. Yoshimura, T. Mizuuchi, H. Okada, T. Minami, S. Kado, S. Ohshima, S. Konoshima, N. Shi, K. Sakamoto, Y. Nakamura, L. Zang, N. Kenmochi, Y. Ohtani, F. Volpe, N. Marushchenko, F. Sano and the LHD experiment group
  • Organizer: 18th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating
  • Place of Presentation: Nara Prefectural New Public Hall, Nara
  • Year and Date: 2014-04-22 – 2014-04-25
• [Presentation] Summary of ECRH/ECCD Session (2014)
  • Author(s): K. Nagasaki, April 22nd-25th, Nara Prefectural New Public Hall, Nara, 2014
  • Organizer: 18th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating
  • Place of Presentation: ara Prefectural New Public Hall, Nara
  • Year and Date: 2014-04-22 – 2014-04-25
  • Invited