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本研究の目的は、電子サイクロトロン加熱(ECH)のためのHE_<11>モードによる高パワー長距離伝送系に取り付け可能なグレーディング偏波器の開発である。研究実績は以下の通りである。
1)コルゲート偏波器での入射波と反射波の関係はグレーティングのピッチ・幅・深さ及びコルゲート板の回転角に強く依存する。数値計算コードを作成し、一枚のコルゲート板で任意の楕円回転角が得られるよう、グレーティングのパラメタを決定することができた。また、コルゲート板の回転角に対する依存性を求めることができた。この数値計算をもとにグレーティング偏波器を実際に試作した。
2)現在、京都大学ヘリオトロン核融合研究センター所有のヘリオトロンE装置には、106GHz ECHシステムが設置されている。今回、試作したグレーティング偏波器をこのECHシステムに適用してみたところ伝送系の真空を維持することができ、かつ偏波方向を変えられるようにコルゲート板を回転させることができた。実際に200kW ECHパワーを入射してみたところ、アークの問題も生じなかった。これにより、グレーティング偏波器が高パワーHE_<11>モード伝送系に適用できることを示せた。
3)グレーティング偏波器を用いたECHパワーの偏波面制御の目的の一つは、プラズマでのパワー吸収分布を最適化することである。しかしながら、ヘリオトロンEやLHDのようなヘリカル系では強い磁気シア-が存在するためモード結合の問題が生じてしまい、単純な入射は適さない。幾何光学近似がもはや有効でないので磁気シア-の効果を入れた2階常微分方程式を解き、パワー吸収率の変化を調べた。その結果、1回吸収に最も適した入射条件を求めることができた。残念ながら、今年度中にはグレーティング偏波器による偏波制御実験ができなかったが、今後の実験と数値計算結果との比較により、ECHの為の最適入射条件と磁気シア-の効果が評価できるものと大いに期待される。
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