| Project/Area Number |
23K25846
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| Project/Area Number (Other) |
23H01149 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 14010:Fundamental plasma-related
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
荒巻 光利 日本大学, 生産工学部, 教授 (50335072)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大野 哲靖 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60203890)
田中 宏彦 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (60609981)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
Fiscal Year 2026: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
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| Keywords | ゴーストイメージング / プラズマ分光 / プラズマ分光診断 / 吸収分光 / 吸収分光法 / シングルピクセルイメージング |
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| Outline of Research at the Start |
位相空間における粒子の分布構造は，プラズマ中の様々な現象を駆動しており，その観測はプラズマの基礎・応用・核融合に共通する重要課題の１つである．本研究は，光の空間構造を制御して利用することで，プラズマの大域的な位相空間構造を画像化する新たな分光法の開発を目的としている．本研究では，構造化照明に結像系を導入することで，世界で初めてゴーストイメージングを厚みのある半透明物体（プラズマ）の空間分解測定に適用する．さらに，再結合プラズマで観測されている突発的な径方向輸送現象の可視化へと応用することで本測定法の有効性を示す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和6年度はゴーストイメージング（GI）の高速化を行った．GIは測定対象にランダムな構造を持った構造化照明を照射して吸収させ，フォトダイオード等の点検出器によって透過光強度の積分値を測定し，照明の構造と相関計算することで測定対象の像を得る撮像法である．撮像素子を用いないことが特徴だが，相関計算には数万に及ぶ異なる構造を持った照明を用いて統計平均を行う必要がある．そのため，一般的には画像の切り替え速度が撮像の時間分解能を制限する．本研究では最大10kHzで構造を切り替えるデジタル・マイクロミラー・デバイス（DMD）を用いて5～10万枚の構造化照明を生成して測定しているため，時間分解能は5～10秒程度となる．一方でパルス放電プラズマ等の繰り返し現象であれば，容易に高速度カメラと同等以上の時間分解能が得られる可能性がある．高時間分解撮像を目的として，1回の放電に対して１つの構造化照明を照射し，放電ごとに構造化照明を切り替えて繰り返し測定を行った．各放電の開始からアフターグローまでの透過光強度の時間変化を単一のADコンバータの時間分解能で測定して画像を再構成することで2μ秒の時間分解能を得ることに成功した．これによりプラズマ中の突発現象の可視化へのGIの適用が可能となった．また，今年度のGIによる吸収分光計測を通じて，構造化照明の統計的な性質が再構成画像の値に影響することが明らかとなった．このことは測定原子の数密度の絶対値評価に向けて重要な検討課題である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初はハードウェアの改良によりGIの時間分解能を約1μ秒に向上させることを計画していたが，繰り返し現象を測定対象とする場合にはデータ取得手法の変更によってさらに大幅な高速化が可能であることを見出した．今年度はこの高速化のための装置制御プログラムを開発し，2μ秒の時間分解能でGI画像の再構成に成功している．この時間分解能は１つのADコンバータの変換速度に依存しているため，容易に当初目標の1μ秒を超える時間分解能を達成できると考えられる．このことは，時間分解能に関しては当初予定を越えて進展したことを示している．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題ではGI吸収分光法による再結合プラズマの位相空間構造のダイナミクス解明を目標として技術開発を進めている．今後は高速化したシステムにコンディショナルアベレージングを取り入れることで再結合プラズマ中の突発現象の可視化を目指す．また，測定値の絶対値校正に向けて，GI吸収分光における構造化照明の統計的な性質の影響についても検討を進めることとする．
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