マイクロ波協同トムソン散乱計測の高性能化によるイオン閉じ込めと損失機構の解明

• 研究課題/領域番号: 16H04620
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 田中 謙治 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (50260047)
• 研究分担者: 西浦 正樹 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (60360616) ; 武村 勇輝 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (60705606) ; 久保 伸 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (80170025) ; 下妻 隆 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (80270487)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円); 2018年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2017年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2016年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 高速イオン / トムソン散乱 / 協同トムソン散乱 / 核融合反応 / ヘリカル / 磁気リップル / 中性粒子ビーム / 乱流揺動 / 乱流 / マイクロ波 / プラズマ / 核融合 / CO2レーザー / プラズマ・核融合

研究成果の概要

ジャイラトロンを用いた協同散乱計測を用いた高速イオン計測の開発と、損失機構の解明を目指したCO2レーザー計測の開発に取り組んだ。必要に応じて低い周波数（77GHz）と高い周波数(154GHz)を使い分けることにした。154GHZは屈折の効果が小さく高い密度での計測に適している。154GHzでは1.375Tで高速イオンの信号を取得できたが、プラズマのパフォーマンスの良い2.75Tでは電子共鳴放射光の強度が散乱光強度よりも強く、優位な信号を得ることができなかった。一方、77GHzを用いて2.75Tにおいて、屈折の影響が小さく高速イオンの閉じ込め時間が長い、低い密度領域で高速イオンの信号を取得した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

核融合反応で生成される高速イオンの閉じ込めの評価と、その損失機構の解明は核融合研究において重要である。核融合炉でも適用できる直接的な高速イオンの計測手法はマイクロ波を用いた協同散乱しかない。77GHzと154GHzの両者を用いることによりそれぞれの周波数における適用可能領域が明らかになった。高い周波数（154GHz）では信号強度が減少するとともに基本、または第二電子共鳴放射光が存在する場合、非常に強いノイズ源となり計測が困難になることが分かった。精度の良い高速イオン計測のためには、できるだけ低い周波数を用いて、屈折の効果を最小化する実験を行うのが適切であることが分かった。

研究成果

• [国際共同研究] IPP Greifswald(ドイツ)
• [国際共同研究] マックスプランクプラズマ物理研究所グライスバルト(ドイツ)
• [国際共同研究] オーストラリア国立大学(オーストラリア)
• [雑誌論文] Effect of Electron Cyclotron Current Drive on the Ion Temperature in the Plasma Core Region of the Large Helical Device (2018)
  • 著者名/発表者名: YOSHIMURA Yasuo、EJIRI Akira、SEKI Ryosuke、SAKAMOTO Ryuichi、NAGAOKA Kenichi、SHIMOZUMA Takashi、IGAMI Hiroe、TAKAHASHI Hiromi、TSUJIMURA Toru I.、WARMER Felix、YANAGIHARA Kota、GOTO Yuki、IDA Katsumi、YOSHINUMA Mikiro、KOBAYASHI Tatsuya、KUBO Shin、OSAKABE Masaki、MORISAKI Tomohiro、the LHD Experiment Group
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 13 号: 0 ページ: 1402124-1402124
  • DOI: 10.1585/pfr.13.1402124
  • NAID: 130007543160
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2018-12-20
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of the Grating Mirror for the High Power Transmission System and Its General Theory (2018)
  • 著者名/発表者名: GOTO Yuki、KUBO Shin、TSUJIMURA Toru Ii
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 13 号: 0 ページ: 3405089-3405089
  • DOI: 10.1585/pfr.13.3405089
  • NAID: 130007472549
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2018-07-10
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis Technique of Millimeter-Wave Propagating Modes in an Oversized Corrugated Waveguide Using Developed Beam Profile Monitors (2018)
  • 著者名/発表者名: SHIMOZUMA Takashi、KOBAYASHI Sakuji、ITO Satoshi、OKADA Kohta、ITO Yasuhiko、YOSHIMURA Yasuo、IGAMI Hiroe、TAKAHASHI Hiromi、TSUJIMURA Toru、MIZUNO Yoshinori、KUBO Shin
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 13 号: 0 ページ: 3405036-3405036
  • DOI: 10.1585/pfr.13.3405036
  • NAID: 130007404693
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2018-05-10
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison of Rotation of Interchange Mode in Large Helical Device Plasmas with Various Ion Species (2018)
  • 著者名/発表者名: TAKEMURA Yuki、WATANABE Kiyomasa、SAKAKIBARA Satoru、OHDACHI Satoshi、SUZUKI Yasuhiro、IDA Katsumi、YOSHINUMA Mikiro、YAMADA Ichihiro、LHD Experiment Group
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 13 号: 0 ページ: 3402037-3402037
  • DOI: 10.1585/pfr.13.3402037
  • NAID: 130007404734
  • ISSN: 1880-6821
  • 年月日: 2018-05-10
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Heat flux reconstruction and effective diffusion estimation from perturbative experiments using advanced filtering and confidence analysis (2018)
  • 著者名/発表者名: van Berkel M.、Kobayashi T.、Vandersteen G.、Zwart H.J.、Igami H.、Kubo S.、Tamura N.、Tsuchiya H.、de Baar M.R.、The LHD Experiment Group
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 58 号: 9 ページ: 096036-096036
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aad13e
  • NAID: 120007181325
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-time control of electron cyclotron wave polarization in the LHD (2018)
  • 著者名/発表者名: Ii Tsujimura T.、Mizuno Y.、Tokuzawa T.、Ito Y.、Kubo S.、Shimozuma T.、Yoshimura Y.、Igami H.、Takahashi H.、Ejiri A.
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 131 ページ: 130-134
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2018.04.062
  • NAID: 120007180021
  • 査読あり
• [雑誌論文] 154 GHz collective Thomson scattering in LHD (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka, M. Nishiura, S. Kubo, T. Shimozuma, T. Saito, D. Moseev and I. Abramovic
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 13 号: 01 ページ: C01010-C01010
  • DOI: 10.1088/1748-0221/13/01/c01010
  • NAID: 120007126856
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Collisionality dependence and ion species effects on heat transport in He and H plasma, and the role of ion scale turbulence in LHD (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka, K. Nagaoka, S. Murakami, H. Takahashi1, M. Osakabe, M. Yokoyama, R. Seki, C.A. Michael, H. Yamaguchi, C. Suzuki, A. Shimizu, T. Tokuzawa, M. Yoshinuma, T. Akiyama, K. Ida, I. Yamada, R. Yasuhara, H. Funaba, T. Kobayashi, H. Yamada, LHD experimental group
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 57 号: 11 ページ: 116005-116005
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aa79c6
  • NAID: 120007126858
• [雑誌論文] Role of Helium Hydrogen ratio on energetic interchange mode behaviour and its effect (2017)
  • 著者名/発表者名: C.A. Michael, K. Tanaka, T. Akiyama, T. Ozaki, M. Osakabe, S. Sakakibara, H. Yamaguchi, S. Murakami, M. Yokoyama, M. Shoji, L.N. Vyacheslavov, LHD
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 58 号: 4 ページ: 046013-046013
  • DOI: 10.1088/1741-4326/aaace0
• [雑誌論文] Suppression of Trapped Energetic Ions driven Resistive Interchange Modes with Electron-Cyclotron-Heating in a Helical Plasm (2017)
  • 著者名/発表者名: X. D. Du, K. Toi, S. Ohdachi, K. Y. Watanabe, H. Takahashi, Y. Yoshimura, M. Osakabe, R. Seki, T. Nicolas, H. Tsuchiya, K. Nagaoka, K. Ogawa, K. Tanaka, M. Isobe, M. Yokoyama, M. Yoshinuma, S. Kubo, S. Sakakibara, T. Bando, T. Ido, T. Ozaki, Y. Suzuki, Y. Takemura, and LHD experiment Group
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 118 号: 12 ページ: 125001-125001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.118.125001
• [雑誌論文] Development of 300 GHz Band Gyrotron for Collective Thomson Scattering Diagnostics in the Large Helical Device (2017)
  • 著者名/発表者名: Teruo SAITO, Yuusuke YAMAGUCHI, Yoshinori TATEMATSU, Masafumi FUKUNARI, Takumi HIROBE, Shunsuke TANAKA, Ryuji SHINBAYASHI, Takashi SHIMOZUMA, Shin KUBO, Kenji TANAKA and Masaki NISHIURA
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 12 号: 0 ページ: 1206013-1206013
  • DOI: 10.1585/pfr.12.1206013
  • NAID: 130006897721
  • ISSN: 1880-6821
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electro-optic Probe Measurements of Electric Fields in Plasma (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiura et al,
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 88 号: 2 ページ: 023501-023501
  • DOI: 10.1063/1.4974740
  • NAID: 120007180077
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scattering volume in the collective Thomson scattering (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kubo, M. Nishiurta, K. Tanaka, T. Shimozuma et al,
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 11 号: 06 ページ: C06005-C06005
  • DOI: 10.1088/1748-0221/11/06/c06005
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Design of tangential viewing phase contrast imaging for turbulence measurements (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka et al,
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 87 号: 11
  • DOI: 10.1063/1.4960057
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Improvements of ion energy confinement in helium rich plasma of LHD (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka et al,
  • 雑誌名: Proceeding of Fusion Energy Conference 巻: EX/P8-11 ページ: 1-8
  • 国際共著
• [学会発表] LHDにおける協同トムソン散乱計測により得られた散乱スペクトルの評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西浦正樹, 久保伸, 田中謙治, 飯澤萌, 釼持尚輝, 下妻隆, 高橋裕己, 斉藤輝雄
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年年会
• [学会発表] LHDにおけるECHプラズマの同位体効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中謙治、仲田資季、大谷芳明、辻村亨、高橋裕己、横山雅之、Felix Wartmer
  • 学会等名: 第12回核融合エネルギー連合講演会
• [学会発表] Isotope effects on confinement and turbulence in ECRH plasma of LHD (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka, M,. Nakata, Y. Ohtani etal,
  • 学会等名: IAEA-FEC2018
  • 国際学会
• [学会発表] Isotope effects on confinement and turbulence in ECRH plasma of LHD (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka, M,. Nakata, Y. Ohtani etal,
  • 学会等名: プラズマ核融合学会年会
• [学会発表] Collective Thomson Scattering Diagnostics and spectrum analysis in LHD (2018)
  • 著者名/発表者名: 飯澤萌，久保伸，西浦正樹，田中謙治，下妻隆，LHD実験グループ
  • 学会等名: プラズマ核融合学会第35回年会
• [学会発表] LHDにおけるロックトモード様不安定性の減速に外部RMPが与える影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 武村勇輝，渡邊清政，榊原悟，成嶋吉朗，大舘暁，徳沢季彦，居田克巳，吉沼幹朗，土屋隼人
  • 学会等名: 第12回核融合エネルギー連合講演会
• [学会発表] Study of Locking Mechanism of Locked-Mode-Like Instability in Helical Plasmas (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. TAKEMURA, K.Y. WATANABE, S. SAKAKIBARA, S. OHDACHI, Y. NARUSHIMA, K. IDA, M. YOSHINUMA, H. TSUCHIYA, T. TOKUZAWA, I. YAMADA and LHD EXPERIMENTAL GROUP
  • 学会等名: IAEA-FEC2018
  • 国際学会
• [学会発表] LHDにおけるロックトモード様不安定性の急激な周波数低下の特徴とその物理機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 武村勇輝，渡邊清政，榊原悟，成嶋吉朗，大舘暁，徳沢季彦，居田克巳，吉沼幹朗，土屋隼人 ，LHD実験グループ
  • 学会等名: 第35回プラズマ・核融合学会年会
• [学会発表] Study of sub-Tera-Hz gyrotron scattering for a direct detection of EBW in QUEST (2018)
  • 著者名/発表者名: Shin Kubo, Hiroshi Idei, Teruo Saito, and Yoshinori Tatematsu
  • 学会等名: 20th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating (EC-20)（
  • 国際学会
• [学会発表] Electron Bernstein Wave Detection By Sub-Tera-Hz Scattering In The QUEST (2018)
  • 著者名/発表者名: Shin Kubo, Hiroshi Idei, Yoshinori Taematsu, Teruo Saito, Moe Iizawa
  • 学会等名: 43rd International Conference on InfraRed -MilliMeterWave and Telahertz Waves (IRMMW-THz 2018)（
  • 国際学会
• [学会発表] Developments Of Equipment For Sub-THz Collective Thomson Scattering In LHD (2018)
  • 著者名/発表者名: Teruo Saito, Shunsuke Tanaka, Ryuji Shinbayashi, Takumi Hirobe, Yuusuke Yamaguchi, Masafumi Fukunari, Yoshinori Tatematsu,
  • 学会等名: 43rd International Conference on InfraRed -MilliMeterWave and Telahertz Waves (IRMMW-THz 2018)（
  • 国際学会
• [学会発表] Developments Of Millimeter Wave Backscattering Systems For Fusion Plasma Turbulence Measurements (2018)
  • 著者名/発表者名: Tokihiko Tokuzawa, Kazuki Oguri, Shin Kubo, Kenji Tanaka, Hiroshi Yamada, Kiyomasa Watanabe, Akira Ejiri, Shigeru Inagaki,
  • 学会等名: 43rd International Conference on InfraRed -MilliMeterWave and Telahertz Waves (IRMMW-THz 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Electron Bernstein wave detection by far-infrared wave scattering in QUEST (2018)
  • 著者名/発表者名: Shin KUBO, Hiroshi IDEI, Teruo SAITO, Yoshinori TATEMATSU
  • 学会等名: 27th International Toki Conference
  • 国際学会
• [学会発表] ＬＨＤにおける乱流輸送 (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka and the LHD experimental group
  • 学会等名: 第23回NEXT（数値トカマク）研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 磁気圏型プラズマ装置RT-1におけるICRF加熱時のイオン温度・流速解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西浦正樹,
  • 学会等名: 物理学会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 154 GHz collective Thomson scattering in LHD (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka, M. Nishiura, S. Kubo, T. Shimozuma, T. Saito, D. Moseev、I. Abramovic
  • 学会等名: 18th International Symposium on Laser-Aided Plasma Diagnostics
  • 国際学会
• [学会発表] Isotope effects on transport and turbulence in LHD (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka, T. Ii. Tsujimura, S. Kubo, M. Nakata, Y. Ohtani, K. Nagaoka, M. Yokoyama, H. Takahashi, S. Murakami, R. Seki, S. Kamio, T. Tokuzawa, T. Akiyama, I. Yamada, R. Yasuhara, M. Yoshinuma, K. Ida, H. Yamada, M. Goto, A. Ishizawa, M. Nunami, H. Sugama, M. Osakabe, T. Morisaki1 and the LHD Experimental Group
  • 学会等名: 21st International Stellarator-Heliotron Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Characteristics of ion scale turbulence measured by two-dimensional phase contrast imaging in LHD (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka and the LHD experimental group
  • 学会等名: 3rd UNIST- Kyoto Univ. Workshop on "Physics validation and control of turbulent transport and MHD in fusion plasmas"
  • 国際学会
• [学会発表] Isotope effects on transport and turbulence in LHD (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka and the LHD Experimental Group
  • 学会等名: Plasma Conference 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Transport study in LHD deuterium experiments (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka and the LHD experimental group
  • 学会等名: Plasma Conference 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Study on a direct detection of EBW by sub-Tera-Hz gyrotron scatterin (2017)
  • 著者名/発表者名: Shin Kubo, Hiroshi Idei, Teruo Saito, Yoshinori Tatematsu
  • 学会等名: 26th International Toki Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Improvement of Millimeter-Wave Transmission Efficiency Using Beam Profile Monitors in an ECRH Transmission Lin (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Shimozuma, Sakuji Kobayashi, Satoshi Ito, Yasuhiko Ito, Kohta Okada, Yasuo Yoshimura, Hiroe Igami, Hiromi Takahashi, Toru Tsujimura, Yoshinori Mizuno, Shin Kubo
  • 学会等名: 26th International Toki Conference
• [学会発表] Heating Characteristics of the 3rd Harmonic ECRH Using 154 GHz Gyrotron Power (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Shimozuma, S. Kubo, Y. Yoshimura, H. Igami, H. Takahashi, T. Tsujimura, R. Makino, R. Sakamoto, M.Osakabe
  • 学会等名: Plasma Conference 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Current Status of the LHD ECRH System and Development of Dual-Frequency Gyrotrons (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Shimozuma, S. Kubo, Y. Yoshimura, H. Igami, H. Takahashi, T. Tsujimura, R. Makino, S. Ito, Y. Mizuno, H. Takubo, S.
  • 学会等名: 2017 US-EU-JPN Workshop on RF Heating Technology & 2017 US-JPN Workshop on RF Physics
  • 国際学会
• [学会発表] メガワット定常 ECH 伝送系における伝搬モード分析と それに基づく伝送効率の改善法の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 下妻隆
  • 学会等名: プラズマ・核融合学会年会
  • 発表場所: 東北大学青葉山キャンパス
  • 年月日: 2016-11-26
• [学会発表] Improvements of ion energy confinement in helium rich plasma of LHD (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka
  • 学会等名: 26th IAEA Fusion Energy Conference 2016
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] Ion Heating in Magnetosphere Plasma Device RT-1 (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiura
  • 学会等名: 26th IAEA Fusion Energy Conference 2016
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] Present Status of the ECRH System in LHD and Development of a New Gyrotron and the Related Components (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Shimozuma
  • 学会等名: Workshop on RF Heating Technology of Fusion Plasmas 2016 US-EU-JPN RF Heating Technology Workshop
  • 発表場所: Leinsweiler, Germany
  • 年月日: 2016-09-21
  • 国際学会
• [学会発表] 磁気圏プラズマ装置RT-1における波動加熱・波動電場特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西浦正樹
  • 学会等名: 物理学会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Design of tangential viewing phase contrast imaging for turbulence measurements (2016)
  • 著者名/発表者名: K.. Tanaka
  • 学会等名: 21st topical conference on High temperture plasma diagnostics
  • 発表場所: Madison.Wisconsin. USA
  • 年月日: 2016-06-05
  • 国際学会
• [備考] 九州大学大学院総合理工学府先端エネルギー理工学専攻田中謙治研究室
  • URL: http://www.aees.kyushu-u.ac.jp/kenji%20tanaka/index.html
• [備考] 九州大学大学院総合理工学府先端エネルギー理工学専攻田中謙治研究室
  • URL: http://www.cis-trans.jp/nifs/