超短パルスマイクロ波・プラズマ相互作用の研究とプラズマ診断への応用

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08558044
• 応募区分: 試験
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 間瀬 淳 筑波大学, 物理工学系, 助教授 (00023325)
• 研究分担者: 三浦 明 株式会社テラテック, 第一研究部・第一研究室, 室長 ; 飽本 一裕 帝京大学, 理工学部, 助教授 (60222535) ; 永津 雅章 名古屋大学, 工学部, 助教授 (20155948) ; 北條 仁士 筑波大学, 物理学系, 助教授 (30116660)
• キーワード: 超短パルス / マイクロ波 / レーダー / 超高速電子デバイス / プラズマ診断 / プラズマ加速

研究概要

1.超短パルス反射計システムを制作した。光源としてパルス幅65ps電圧8Vのインパルス発振器を用い、信号処理は8-17GHzを増幅後、ピンダイオードスイッチ及びフィルタバンクにより10チャンネルに周波数分割し、高速検波ののち超高速トランジェントディジタイザによりA/D変換する方法を採用した。
2.受信器の時間応答テスト、及び金属ミラーを用いた反射計システムのシミュレーション実験を実施した結果、空間分解2cmが得られた。
3.超短パルス反射計との性能比較に用いる、周波数8-24GHzの超高速周波数掃引形反射計を製作し、ガンマ10セントラル部密度分布測定に適用した。高速掃引(<20μs)に依存して密度分布再構成の信頼度が向上することを確認した。
4.平成8年度より、超短パルス反射計の原理的実証に関する日米協力実験も開始した。米国ではTEXT-U他、日本ではガンマ10装置を対象とし、実機適用と比較検討を行っていく。
5.超短パルスマイクロ波のプラズマ中伝搬に関する計算機シミュレーションを拡張し、反射波及び透過波の解析とともに、磁場揺動の存在により散乱波の偏波面が変わるモード変換散乱波の発生を導出した。散乱過程は、入射波、プラズマ波、散乱波の波数間でブラッグ条件を満足していることを見出した。モード変換散乱に対するブラッグ条件については、低周波波動を対象にした実験においても確認されている。
任意の波形、偏波面、中心周波数、及び位相速度のパルスと粒子の相互作用に関する、理論・計算機シミュレーションを実行した。特に、電磁波による粒子加速の観点から、無磁場時加速、サイクロトロン加速、及びカオス的加速について解析し、通常波とインパルスの相補性に関する評価を行った。
プラズマ計測のための超高速マイクロ波モノリシック集積回路(GaAs-HBT)の試作を開始した。

研究成果

• [文献書誌] A.Mase: "ICRF Physics Measurements by Reflectometry" Diagnosics for Experimental Thermonuclear Fusion Reactors. Eds. P.Stott et al(Plenum Press). 153-162 (1996)
• [文献書誌] M.Nagatsu: "Application of Maximum Entropy Method to Density Profile Measurement via Microwave Reflectometry on GAMMA 10" Plasma Physics and Controlled Fusion. 38. 1033-1042 (1996)
• [文献書誌] K.Akimoto: "Rapid Generation of Langmuir Wave Packets during Electron Beam-Plasma Instabilitiesb" Physics of Plasmas. 3・7. 2559-2563 (1996)
• [文献書誌] K.Akimoto: "Properties and Applications of Ultra-Short Electromagnetic Mono-and Sub-Cycle Waves" Joumal of the Physical of Japan. 65・7. 2020-2032 (1996)
• [文献書誌] N.Takada: "Reflectivity Characteristics of Carbon Materials Irradiated with Hydrogen Ion-Beam" Joumal of Plasma and Fusion Research. 72・8. 776-782 (1996)
• [文献書誌] 間瀬 淳: "マイクロ波反射計によるプラズマ計測" プラズマ核融合学会-第35回若手夏の講義テキスト. 130-148 (1996)
• [文献書誌] C.W.Domier: "Edge Density Profile and Fluctuation Measurements Using Ultrashort-Pulse Reflectometry" Bulletin of the American Physical Society. 41・7. 1591-1591 (1996)
• [文献書誌] R.Katsumata: "Eigenmode Excitation of Alfven Ion Cyclotron Instability" Physics of Plasmas. 3・12. 4489-4495 (1996)
• [文献書誌] I.Ghanashev: "Surface Wave Eigenmodes in a Finite-Area Plane Microwave Plasma" Japanese Journal of Applied Physics. 36・1A. 337-344 (1997)
• [文献書誌] G.Vayakis: "Reflectometry on ITER" Review of Scientific Instruments. 68・1. 435-438 (1997)
• [文献書誌] T.Tokuzawa: "An Ultrafast Broadband FM Reflectometer for Density Profile Measurements in GAMMA 10" Review of Scientific Instruments. 68・1. 443-445 (1997)
• [文献書誌] A.Mase: "Measurement of Magnetic Fluctuations of Electromagnetic Plasma Waves by Cross-Polarization Scattering" Review of Scientific Instruments. 68・1. 454-457 (1997)
• [文献書誌] N.Oyama: "Millimeter-Wave Two-Dimensional Imaging Array for the GAMMA 10 Tandem Mirror" Review of Scientific Instruments. 68・1. 500-503 (1997)
• [文献書誌] A.Mase: "Reflectometric Measurement of Density and Magnetic Fluctuations in ICRF-Driven Waves" Fusion Engineering and Design. (発表予定). (1997)
• [文献書誌] M.Nagatsu: "Study of the Dynamic Behavior ot the STP 3(M)RFP Plasma Using Microwave Reflectometry" Fusion Engineering and Design. (発表予定). (1997)
• [文献書誌] T.Tokuzawa: "Reflectometric Density Profile Measurement Using an Ultrafast Sweep Oscillator" Fusion Engineering and Design. (発表予定). (1997)
• [文献書誌] N.Oyama: "Plasma Diagnostics Using Millimeter-Wave Two-Dimensional Imaging Array" Fusion Engineering and Design. (発表予定). (1997)
• [文献書誌] L.G.Bruskin: "Resolution of Microwave Correlation Reflectometry" Fusion Engineering and Design. (発表予定). (1997)
• [文献書誌] H.Hojo: "Ultrashort-Pulse Microwave-Plasma Interactions and Reflectometry" Fusion Engineering and Design. (発表予定). (1997)
• [文献書誌] T.Aota: "Two Dimensional imaging X-Ray Spectrometer for Plasma Diagnostics" Fusion Engineering and Design. (発表予定). (1997)
• [文献書誌] M.Nagatsu: "Effect of ion-Beam Irradiation of Power Reflectivity of Boron-doped CFC Materials" Journal of Nuclear Materials. (発表予定). (1997)
• [文献書誌] T.Aota: "Imaging Characteristics of a Channel Plate Collimator for Low Energy X-Rays" Review of Scientific Instruments. (発表予定). (1997)