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

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08558044
• 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) ; 北条 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 / ミリ波MMIC

研究概要

1.超短パルス反射計を製作した。光源としてパルス幅65ps振幅8Vのインパルス発信器を用い、導波管によりチャープトパルスとした後、8-17GHzマイクロ波増幅器で増幅し入射波とした。反射波信号は、増幅後フィルタにより周波数分割し、検波したのち超高速トランジェントディジタイザによりA/D変換した。同時に、ディスクリミネータとTAC(Time-to-Amplitude Converter)によりパルスの時間差波高変換を行うシステムも製作した。
2.本システムをガンマ10セントラル部プラズマに適用し、インパルスのフーリエ成分の周波数毎に、異なるカットオフ層までの伝搬に対応する飛行時間差を得た。この結果と干渉計で得た密度分布との比較を行い、両者が一致していることを確かめた。また、TACにより測定された飛行時間の揺動は、トムソン散乱の周波数スペクトルと一致し、本システムが密度分布および密度揺動分布測定の両者に有効であることを初めて実証した。
3.超短パルス反射計との比較に用いる、周波数8-26GHzの超高速周波数掃引形反射計を製作し、ガンマ10セントラル部に適用した。高速掃引(<20μs)とともに密度分布再構成の信頼度が向上すること、また、信号の計算機処理法の改良により、掃引速度への要求が緩和されることも確認した。
4.新しい計測器開発を行うためのプラズマ診断シミュレーターの研究に着手した。シミュレーションコードでは、反射法やモード変換散乱法に対し、波動伝搬に関する順問題、密度分布再構成に関する逆問題等の計算を行い、種々の磁場閉じ込めプラズマの高精度計測のための入射周波数やパルス幅等の知見を得ることができる。
5.分散性パルスと荷電粒子の相互作用に関する理論シモュレーションを実行した。分散性パルスは、他のパルスや正弦波と同様に、荷電粒子を捕捉あるいは加速することを確認した。また、この捕捉の効果は低密度電子ビームにより励起されるラングミュア乱流において重要な役割を果していることが分かった。
超高速マイクロ波モノリシック集積回路(GaAs-HBT)を製作し、プラズマ計測に初めて適用した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Kogi, A.Mase, et al.: "Cross-Polarization Scattering from Low-Frequency Waves in a Tandem Mirror Plasma" Japanese Journal of Applied Physics. 36・5A. L587-L589 (1997)
• [文献書誌] L.G.Bruskin, A.Mase, et al.: "Wavelet Application for Reflectometry of Plasma Density Profile" Japanese Journal of Applied Physics. 36・5B. L632-L633 (1997)
• [文献書誌] K.Ikeda, Y.Nagayama, et al.: "Rotation of Cylindrical Plasmas in the GAMMA 10 Tandem Mirror" Physical Review Letters. 78・20. 3872-3875 (1997)
• [文献書誌] A.Mase, M.Kobayashi, et al.: "Reflectometric Measurement of Density and Magnetic Flutuations in ICRF-Driven Waves" Fusion Engineering and Design. 34-35. 371-374 (1997)
• [文献書誌] N.Oyama, A.Mase, et al.: "Plasma Diagnostics Using Millimeter-Wave Two-Dimensional Imaging Array" Fusion Engineering and Design. 34-35. 407-410 (1997)
• [文献書誌] M.Nagatsu, M.Aoki et al.: "Study of the Dynamic Behaviour of the STP-3(M)RFP Plasma Using Microwave Reflectometry" Fusion Engineering and Design. 34-35. 437-440 (1997)
• [文献書誌] L.G.Bruskin, A.Mase, et al.: "Resolution of Microwave Correlation Reflectometry" Fusion Engineering and Design. 34-35. 441-445 (1997)
• [文献書誌] H.Hojo, H.Honda, N.Katsuragawa, A.Mase: "Ultashort-Pulse Microwave-Plasma Interaction and Reflectometry" Fusion Engineering and Design. 34-35. 447-450 (1997)
• [文献書誌] T.Tokuzawa, A.Mase, et al.: "Reflectometric Density Profile Measurement Using an Ultrafast Sweep Oscillator" Fusion Engineering and Design. 34-35. 451-454 (1997)
• [文献書誌] K.Akimoto: "Theory of Pulse-Particle Interaction in One Dimension" Physics Plasmas. 4・9. 3101-3112 (1997)
• [文献書誌] Y.Nakashima, M.Shoji, et al.: "Behavior of Neutral-Hydrogen and Particle Confinement on GAMMA 10 Tandem Mirror" Joumal of Nuclear Materials. 241-243. 1011-1015 (1997)
• [文献書誌] A.Mase, T.Tokuzawa, et al.: "Density Profile and Fluctuation Measurement on GAMMA 10 Using FM Reflectometer" 3rd International Workshop on Microwave Reflectometry for Fusion Plasma Diagnostics,Madrid. 11-19 (1997)
• [文献書誌] N.Oyama, A.Mase, et al.: "Development of Millimeter-Wave Two-Dimensional Imaging Array for Large Fusion Devices" Proc.8th International Symposium on Laser-Aided Plasma Diagnostics,Doorwerth. 343-348 (1997)
• [文献書誌] 間瀬淳、徳沢季彦、他: "マイクロ波反射計による密度分布および揺動計測" 第14回プラズマ核融合学会年会予稿集. (招待講演). 320-321 (1997)
• [文献書誌] H.Matsuura, K.Tezuka, et al.: "Fully Monolithic Millimeter-wave Mixer and IF Amplifier with bow-tie Antenna on GaAs Substrate" Electronics Letters. 33・21. 1800-1801 (1997)
• [文献書誌] G.Vayakis, T.Ando, et al.: "Overview of the ITER Reflectometry Diagnostics Systems" International Workshop on Experimental Fusion Reactors,Varenna. (Plenum Press 発表予定). (1998)
• [文献書誌] S.Kubota, T.Onuma, A.Mase, et al.: "Development of an Ultrashort-Pulse Reflectometer for Density Profile Measurements on GAMMA 10" Japanese Journal of Applied Physics. 37・3A(印刷中). L300-L302 (1998)
• [文献書誌] L.G.Bruskin, A.Mase, et al.: "Measuremen of Plasma Density Using Wavelet Analysis of Microwave Reflectometry" Review of Scientific Instruments. 69(印刷中). (1998)
• [文献書誌] L.G.Bruskin, A.Mase, T.Tamano, K.Yatsu: "Application of 1D WKB Approximation in Microwave Reflectometry of Plasma Density Profiles" Review of Scientific Instruments. 69(発表予定). (1998)
• [文献書誌] H.Hojo: "Relation Between Density and Magnetic Field Fluctuations in the Lower-Hybrid Range of Frequencies" Japanese Journal of Applied Physics. 37(発表予定). (1998)
• [文献書誌] K.Akimoto, H.Hojo, A.Mase: "Interaction of Dispersive Electrostatic Pulses with Charged Particle" 1998 Intemational Congress on Plasma Physics. (発表予定). (1998)