2014 Fiscal Year Research-status Report
プラズマ電位の二次元計測による構造形成と乱流輸送に関する研究
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25820441
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
清水 昭博 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (00390633)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 重イオンビームプローブ / 電位計測 / 二次元計測 / 大型ヘリカル装置 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度、大型ヘリカル装置(LHD)において、重イオンビームプローブ(HIBP)装置を用いて二次元電位計測のためのシステムを構築した。本年度は、システムに改良を加えて、二次元電位計測に適用した。
HIBPを用いて電位の二次元計測を行うためには、プローブエネルギーを変更する必要があり、これに伴い20mにも及ぶビーム輸送ラインにおいて、静電偏向器等の電源を調整する必要がある。ビーム輸送ラインの特性を表す輸送行列を、較正実験により得た後に、それを用いて自動調整システムを構築した。この輸送行列を用いることにより、大抵の場合はPCを用いた自動調整システムにより、ビームラインにおけるビームの調整が可能であるが、LHDの磁場配位を外寄せにした場合や、共鳴摂動磁場コイルを使用した時に、意図した通りにビームの調整ができない場合がある。これらの場合に対処するために、最適化のアルゴリズムを検討し、自動最適化システムの改善を試みた。具体的には、PID制御や非線形の最適化手法を取り入れることを検討した。現在の所、アルゴリズムの改良はまだ完了していないが、様々なアルゴリズムをテストして見通しをつけることができた。更に、検討とテストを行い、改良作業を続ける予定である。
電位の二次元測定については、アイランド内部の構造について調べるため、共鳴摂動磁場を印加してアイランドをプラズマ中に生成し、電位構造を計測することを試みた。しかしながら、共鳴摂動磁場がビームラインに与える影響により、ビーム調整に想定よりも多く時間がかかり、明確な電位の二次元構造を測定することはできなかった。しかし、アイランド内部で、電位がフラットになる構造も、放電によっては計測されているので、データを詳細に解析する。また、測定時の問題点(自動調整システムの改良するべき点)も明らかとなったので、今後改良作業を進める。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
昨年度、HIBPによって電位の二次元計測に成功した結果を、高温プラズマ計測会議において発表し、Review of Science Instrumentに論文として投稿、掲載された。
本年度は、昨年度に構築したシステムを用いて、アイランド内部における電位の二次元構造を調べる目的で実験を行った。しかしながら、上に述べたように、共鳴摂動磁場を印加した時の、ビーム輸送ラインにおける自動調整システムの動作が不安定となり、短時間で調整することができなかった。しかし、放電ごとの測定により、アイランド内部における電位のフラット構造が計測されており、おおよその構造を知ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
ビームの最適化において、ビーム中心位置検出にビーム分布モニタ(BPM)を用いているが、LHDの入射ポートに最も近い位置に設置されているBPMが、漏れ磁場の影響下の運転のため信号ノイズが大きくなっている。本年度は、信号アンプのICを交換することで、当初はノイズを低減することができたが、徐々にノイズが増大して最適化に影響を及ぼすようになった。これについては、信号アンプを別途製作し、設置位置をLHD本体から遠ざける等の処置により、改善する予定である。
S/N比に関しては、金の負イオン源のトランスを増強し電源の容量を増大することにより、入射ビーム電流を増加させることを試みている。これまでの改良では、入射ビーム電流の増大はそれほど達成できなかったが、これまでよりも電源への負担を減らすことができて、イオン源を安定的に運転することができるようになった。また、フィラメントの寿命を延ばすことが出来て、必要なメンテナンスの回数を減らすことが出来た。更に、改良を進めて、入射ビーム電流を増大させ、電位搖動計測のS/N比の改善に努める。密度搖動及び電位搖動に関して二次元構造を計測し、乱流搖動及び輸送と電位(流れ)に関して物理研究を進める計画である。
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| Causes of Carryover |
プローブビーム自動調整システムを更新するために、PCを購入した。ADCの改良等、最適アルゴリズムの変更に伴う機器の購入を次年度に行う。
また、ビーム分布モニタ(BPM)に関しては、これまでのものに手を加えながら使用しているため、大きな支出を行っていない。BPMは、今後の重水素実験における遮蔽も考慮に入れて、改良を行う必要があり、時間をかけて検討を行っている。そのため、BPMの改修費は次年度に計上する。また、信号のS/N比を改善するためにイオン源の改造を本年度行う。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
負イオン源の電源を更に購入し増強する。同時に、イオン源チャンバーにフィラメント追加するための改造を施す。これにより、入射ビームの増大による電位計測のS/N比改善が期待できる。
ビームプロファイル分布モニタ(BPM)に関して、アンプ回路を新しく製作し、不具合が起きている現状のものと取り替える。また、高速のADCボードを購入し、システムを高速化する。これらの改善により、自動調整システムの更なる安定化と時間短縮が期待できる。
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