ビームプローブ・レーザー分光法によるプラズマ中の磁場分布計測法の開発

• 研究課題/領域番号: 04452314
• 研究種目: 一般研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: プラズマ理工学
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 藤田 順治 核融合科学研究所, 教授 (50023700)
• 研究分担者: 徐 紀華 核融合科学研究所, 助手 (30260045) ; 笹尾 真実子 (笹尾 真美子) 核融合科学研究所, 助教授 (00144171) ; 居田 克己 (居田 克巳) 核融合科学研究所, 助教授 (00184599) ; 東井 和夫 核融合科学研究所, 教授 (20093057) ; 藤原 正巳 核融合科学研究所, 教授 (10023722) ; 藤沢 彰英 核融合科学研究所, 助手 (60222262) ; 本田 親久 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (20037881)
• 研究期間 (年度): 1992 – 1994
• 研究課題ステータス: 完了 (1994年度)
• 配分額: 6,400千円 (直接経費: 6,400千円); 1994年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円); 1993年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円); 1992年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
• キーワード: ビームプローブ / レーザー誘起蛍光法 / モ-ショナルシュタルク効果 / 磁場分布計測 / 偏光計測 / プラズマ診断 / モーショナルシュタルク効果 / ゼーマン偏光

研究概要

当初、粒子ビーム入射とレーザー誘起蛍光法を組み合わせることによって、ゼーマン偏光法によるプラズマ中磁場分布計測の精度を向上させる手法について検討を行ったが、誘起蛍光の強度不足のため、充分な時間・空間分解能を得ることは困難であるとの結論に達した。そこで、モ-ショナル・シュタルク効果(MSE)を用いた磁場分布計測法の精度向上に力点を移した。まず、入射水素ビームがHα光を出す際の原子過程と、入射ビームと観測視野の幾何学的要素を厳密に取り入れて、MSEスペクトラムを計算するコードを作成した。原子過程では、電離と荷電交換によるプラズマ中のビームの減衰、励起効率の電子密度依存性を考慮に入れた。幾何学的要素では、ビームイオン源の形状、ビーム発散角、トカマク磁場配位、視野の立体角、分光器の装置関数を考慮した。
このMSEスペクトラム計算コードから次のことが明らかにされた。MSE計測の最適設計について、1)計測用ビームのイオン源の形状として、アスペクト比2程度の楕円が最適である。2)計測用ビームの入射角は垂直方向から25度傾け、トロイダル角で約70度離れたポートから計測用ビームに対向する方向で観測するのが最適である。また、MSEスペクトラムの応用として次のことが示された。1)MSEスペクトラムから電子密度を計測できる可能性がある。2)水平面に対して、0度、45度、90度、135度に偏光面を傾けた複数の直線偏光素子を使い、4種類のMSEスペクトラムを同時に観測することによって、プラズマ内部のポロイダル磁場が計測できる。3)ビームの発散により、長波長側のπ光と短波長側のπ光のピークの高さに差が生じてスペクトラムが非対称になることを利用し、JFT-2Mで観測されたMSEスペクトラムから、ビームの発散角度(1.3度)を求めた。