2014 Fiscal Year Annual Research Report
ガウスビームを用いた第１伝播帯EB波によるオーバーデンス球状トカマクの無誘導形成
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26249142
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
田中 仁 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (90183863)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前川 孝 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (20127137)
打田 正樹 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (90322164)
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| Project Period (FY) |
2014-06-27 – 2017-03-31
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| Keywords | ECH/ECCD / 電子バーンスタイン波加熱・電流駆動 / モード変換 / 無誘導形成 / オーバーデンスプラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
5GHz クライストロンでの実験準備：
高電力下での電子バーンスタイン（EB）波へのモード変換を調べるために、5GHz, ~200kW クライストロンを動作させるべく、高圧電源を点検・修理し、高圧電源が正常に稼働するように整備した。そして、ダミーロード負荷においてクライストロン発振試験を行い、コンディショニングの結果 ~100 kW レベルでの発振を確認した。今後、さらにコンディショニングを行なう事により、~200kW レベルの発振が可能と考えられる。
2.45GHz, ~80kW マグネトロンでの実験：
高電力下での EB 波加熱・電流駆動実験を行なう予備実験として、4 本のマグネトロンを用い、2.45 GHz, ~80kW 入射にて ~12kA のプラズマ電流を無誘導で立ち上げる事ができた。この時、EB 波の第１伝播帯への励起によって遮断密度の 7 倍に達する平均電子密度を得ることができた。また、高速CCDカメラによるホットスポットの観測、Mo リミターでの熱流分布測定、高密度時の最外殻磁気面からのプラズマ噴出現象の観測、垂直磁場分布制御によるプラズマ電流分布制御の実験を行ない、来る 5GHz クライストロンでの実験の基礎データを収集した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1) 最大の懸案事項は購入後 30年を経た 5GHz クライストロン用高圧電源の動作であったが、点検・修理を行なって整備した結果、65kV, 11.3A, 80ms の動作を確認した。7年前に最後に確認した時は、65kV, 7A, 70ms であったので、大幅に改善された。目標の 65kV, 10A, 100ms での発振にめどがついた。
(2) ダミーロード負荷においてクライストロン発振試験を行い、コンディショニングの結果 ~100 kW レベルでの発振を確認した。現在さらにコンディショニングを行なっており、順調にいけば目標の ~200kW レベルの発振は可能であると考えられる。
(3) O-X-B スキームで EB 波へのモード変換効率を高めるために、5GHz の左回り円偏波器を作成し、コールドテストで放射パターンを測定し、左回り円偏波が得られることを確認した。そして、
円筒導波管タイプのランチャー、セラミック製真空窓を LATE 装置に取り付け、左回り円偏波器と接続して入射システムを構築した。
(4) 5GHz での実験のための予備実験として、2.45GHz, 20kW のマグネトロンを 4 本用い、合計 80kW のマイクロ波電力を入射して無誘導球状トカマクプラズマ形成を行なった。EB 波を第１伝播帯に励起するような磁場配位の時のみ遮断密度の 7 倍に達する平均電子密度を得ることができ、第２伝播帯に励起するような磁場配位では遮断密度の 2.5 倍程度にしかならないことが示された。
(5) 高速CCDカメラによるホットスポットの観測、Mo リミターでの熱流分布測定、高密度時の最外殻磁気面からのプラズマ噴出現象の観測、垂直磁場分布制御によるプラズマ電流分布制御の実験を行ない、5GHz での実験の基礎データを収集した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) まずはトロイダル磁場が弱く、EB 波が第２伝播帯に励起するような磁場配位で 5 GHz, ~200kW レベルのマイクロ波を入射して球状トカマクの無誘導立ち上げ実験を行う。2.45 GHz 実験との比較を行なう。特に、高電力下で起こると考えられるパラメトリック不安定性（ PI ）についてプローブで検出した信号の周波数解析を行なって詳細に調べる。
(2) トロイダル磁場を強くすると電磁力によってコイル支持台および真空容器に振動が加わるので、支持台の補強を行なって、安全に運転できるようにする。そうして、EB 波が第１伝播帯に励起するような強い磁場配位で 5 GHz マイクロ波による球状トカマク無誘導立ち上げ実験を行う。遮断密度の ~10 倍に達するような高密度プラズマが得られるかどうか調べる。
(3) EB 波へのモード変換効率は高域混成共鳴層での密度勾配長に大きく依存する。多チャンネルミリ波干渉計により密度勾配を推定し、スラブ配位での共鳴吸収モデルによりモード変換効率を求め、PI 励起との因果関係を吟味する。
(4) 高電力入射時の損失高速電子の影響を調べるために、X線カメラや高速電子コレクターを準備し、計測を行なう。また、リミターへの損失高速電子のもたらす熱流を計測し、これらの実験結果から損失高速電子の発生モデルを検討する。
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