合成開口法を用いた反射計によるプラズマの揺動像の再構成

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10780300
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 江尻 晶 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (30249966)
• キーワード: マイクロ波反射計 / 合成開口法 / 揺動 / 再構成 / ピンスイッチ / マルチアンテナ

研究概要

マイクロ波反射計はプラズマの密度揺動を測定できる手法であるが、反射面が滑らかな鏡面ではなく、揺動によってでこぼこしている場合には、反射波が互いに干渉し、測定信号は通常の解析が不可能になるほど複雑になる。合成開口法はこれを解決する手段である。この手法では、多数のアンテナで波を受信して、計算機を用いてこれらの信号を合成する。ハードウエアとしてマルチアンテナによる測定が必要で、ソフトウエアとして測定信号から反射面の構造(揺動)を再構成するアルゴリズムが必要である。
本年はマルチアンテナの基礎となる1入力2出力のピンスイッチのテストを行った。その結果、ON出力とOFF出力のパワー比は22dBであり、実用上十分なレベルであることがわかった。また、計算機を用いて反射波の干渉の効果を評価した。実際のプラズマの屈折率の空間的な変化を取り入れた計算は難しいので、真空中での波の伝搬と波型の反射面を仮定して計算した。反射波の位相と反射面の構造の関係を反射面上の波型の波長(λ_f)と振幅(a)をパラメーターとして求めた。その結果、線形な領域、符号の反転する領域、高調波構造を示す領域等があることがわかった。これらの性質は、簡単化したモデルで定性的に説明でき、そのうち、線形なパラメーター領域は条件2πx_C/λ_f<1 and 4πa/λ_0×2πx_C/λ_f<1で表される。ここで、x_Cは入射ビーム幅などで決まる実効的な反射面の観測領域のサイズを示し、λ_0は測定波長を示す。
プラズマでは偏波方向によって屈折率が異なる。この効果を利用すれば、反射計計測による分布計測の新たな手法があり得ることがわかった。また、屈折率の偏波方向依存性を利用すると干渉計の自由度を増すことができ、実効的な2波長化が可能である。JIPP TII-Uトカマクの反射計を利用してこの効果を示した。

研究成果

• [文献書誌] A. Ejiri, K. Kawahata and S. Okajima: "Properties of extraordinary mode interferometry for plasma density measurements" Rev. Sci. Instrum.69. 2349-2353 (1998)
• [文献書誌] A.Ejiri, Y.Itoh: "ミリ波干渉計の役割" プラズマ核融合学会誌 supplement. 71. 180-182 (1998)
• [文献書誌] K.Minami, A.Ejiri, K.Tanaka, et.al.: "Linear Mode Conversion between Ordinary and Extraordinary Waves in Plasma with Large Magnetic Shear" Jpn. J. Appl. Phys.37. 6601-6608 (1998)
• [文献書誌] K.Nagasaki, A.Ejiri, T.Mizuuchi, et al.: "Effects of magnetic shear on electron cyclotron resonance heating in heliotron/torsatron configurations" Phys. Plasmas. 6. 556-564 (1999)