| 研究課題/領域番号 |
23K25846
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| 補助金の研究課題番号 |
23H01149 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分14010:プラズマ科学関連
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
荒巻 光利 日本大学, 生産工学部, 教授 (50335072)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)
2026年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2025年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2024年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2023年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
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| キーワード | ゴーストイメージング / プラズマ分光診断 / プラズマ分光 / 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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| 研究開始時の研究の概要 |
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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| 研究実績の概要 |
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ゴーストイメージング（GI）を用いることで，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．令和5年度には，GIを用いた速度分布関数の測定に向けたプログラム開発および画像再構成アルゴリズムの検討を行った．これまで，ヘリコン波プラズマ源の下流終端板近傍でGI吸収分光測定を行い，準安定ヘリウム原子の空間分布の画像化に成功している．この原理実証実験では，準安定ヘリウム原子の共鳴吸収の中心波長に光源の波長を固定し，測定を行った．光源の波長を準安定ヘリウム原子の共鳴波長を中心にドップラー広がりの範囲で掃引してGI吸収分光を行うことで，GI画像の各ピクセルから速度分布関数が得られる．このTDLASとGIを組み合わせた測定により，位相空間における準安定ヘリウム原子の分布が得られる．令和5年度はこの測定方法に適したソフトウェアの開発を行った．また，GIの性能向上を目指し，さまざまな画像再構成アルゴリズムが提案されているが，これまでプラズマのように吸収率の低い吸収体を対象とした研究はほとんど行われていなかった．そのため，プラズマの吸収分光に適したアルゴリズムを検討した．Normalized GI (NGI)，Binomial GI (BGI)，Differential GI (DGI)について，コントラストが低い測定対象を仮定したシミュレーションを行い，NGIがコントラストの収束が早いことが明らかとなった．これを基に，次年度以降のプラズマ測定でさらに詳細な検討を進めることとした．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究で目的としているプラズマの位相空間構造の測定に向けて，実験系の測定プログラムの開発および画像再構成アルゴリズムの検討を進めている．当初予定ではGIによる速度分布関数の空間構造測定は令和6年度以降であったが，本測定法の有効性を示すために前倒しで開発を進めている．一方で当初令和5年度に予定していた測定系のハードウェア変更による高速化は延期し，画像再構成アルゴリズムの検討を行った．近年，今回検討したアルゴリズムの他にも機械学習等を取り入れることで高速に画像生成を行う手法が多く提案されている．これらのソフトウェアによる高速化はハードウエアの高速化を凌駕する可能性があり，先行して検討を進めている．当初予定に対して，研究開発の優先度を調整したが，全体としては本研究の目的に向けておおむね順調に進展している．
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| 今後の研究の推進方策 |
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．このためにはGIの高速化が必須の開発課題であるが，格段に高速化するには測定対象を具体的にし，それに対してハードウエアおよびソフトウェアを最適化する必要があることが明らかとなってきている．そのため，今後の研究推進の方策としては，再結合プラズマへの本測定法の適用を優先的に進め，その過程で課題を明らかにしつつハードウエアおよびソフトウェアの開発を進めることとする．
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