コルゲート導波管内メガワットミリ波分布の可視化とモード分析に基づく伝送効率の向上

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K06940
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 下妻 隆 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (80270487)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 伝搬モード分析 / コルゲート導波管 / ペルチェ素子 / 大電力ミリ波 / ジャイロトロン / マイターベンド / 核融合 / プラズマ加熱

研究実績の概要

本研究は、コルゲート導波管内で伝送されるミリ波の強度分布を、ペルチェ素子アレイを用いて測定し、伝搬電磁波のモード成分分析を可能にするミリ波パワー分布モニターとそのモード分析法を研究することが目的である。
熱処理能力が高く小型のペルチェ素子を用いたミリ波パワー分布モニターの設計と製作を進めた。本素子は、1素子当たり約10Wの熱処理が可能で、これによってジャイロトロンで0.5MW級で定常ミリ波パワーの伝送にも適用可能 なミリ波パワー分布モニターシステムの構築を進めた。本ペルチェ素子は、サイズ8mm×12mmと、これまで使用してきた10.3mm×10.3mmのものよりも小型でありながら、熱処理能力が約3.5倍あるものである。口径88.9mmのコルゲート導波管のマイターベンドミラー部に設置した時、従来と同じ52素子を配列させることができた。通電と冷却能力試験を進めた。
新しい素子を用いた素子配列によるモード分析の可能性を検討した。特に新ペルチェ素子の2次元アレイより構成されるミリ波パワー分布モニターの信号解析法について、得られた電圧信号よりコルゲート導波管内伝搬モード成分を分析するためのソフトウエアの改良を行った。これらのミリ波パワー分布モニターを複数台、ある距離をを隔てて伝送路に設置したとき、その設置間隔がモード分析結果に与える影響を詳しく調べた。テストとして、最低次モードのLP01モードに、LP11モードをある強度比率と、異なる位相で混合して合成した分布を作り、2箇所に設置したミリ波パワー分布モニターの信号を用いて、正確なモード分析が可能かを検討した。その結果、2つのモードのビート波長の半整数倍付近では、正確な分析ができなくなることが判明した。本内容については、プラズマ・核融合学会において発表を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Analysis Technique of Millimeter-Wave Propagating Modes in an Oversized Corrugated Waveguide Using Developed Beam Profile Monitors (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shimozuma, S. Kobayashi, S. Ito, Y. Ito, K. Okada, Y. Yoshimura, H. Igami, H. Takahashi, T. Tsujimura, Y. Mizuno, S. Kubo
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 13 ページ: 3405036-1-4
  • DOI: 10.1585/pfr.13.3405036
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of Electron Cyclotron Current Drive on the Ion Temperature in the Plasma Core Region of the Large Helical Device (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Yoshimura, A. Ejiri, R. Seki, R. Sakamoto, K. Nagaoka, T. Shimozuma, H. Igami, H. Takahashi, T. I. Tsujimura, F. Warmer, K. Yanagihara, Y. Goto, K. Ida, M. Yoshinuma, T. Kobayashi, S. Kubo, M. Osakabe, T. Morisaki and the LHD Experiment Group
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 13 ページ: 140212-1-4
  • DOI: 10.1585/pfr.13.1402124
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Real-time control of electron cyclotron wave polarization in the LHD (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Ii Tsujimura, Y. Mizuno, T. Tokuzawa, Y. Ito, S. Kubo, T. Shimozuma, Y. Yoshimura, H. Igami, H. Takahashi, A. Ejiri
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 131 ページ: 130-134
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2018.04.062
  • 査読あり
• [学会発表] Evaluation of collective Thomson scattering spectra in the LHD (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiura, S. Kubo, K. Tanaka, M. Iizawa, N. Kenmochi, T. Shimozuma, H. Takahashi, T. Saito, LHD experiment group
  • 学会等名: 第74回 日本物理学会(春)
• [学会発表] ECRHミリ波伝送系の伝送効率改善に向けたミリ波ビーム分布モニターの高性能化 (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shimozuma, S. Kobayashi, S. Ito, Y. Ito, Y. Mizuno, Y. Yoshimura, H. Igami, H. Takahashi, T. Tsujimura, S. Kubo
  • 学会等名: 35th プラズマ・核融合学会 年会
• [学会発表] LHDにおける電子サイクロトロン共鳴加熱の最適入射 (2018)
  • 著者名/発表者名: 辻村 亨, 久保 伸, 下妻 隆, 吉村 泰夫, 伊神 弘恵, 高橋 裕己, 長壁 正樹
  • 学会等名: 35th プラズマ・核融合学会 年会
• [学会発表] LHDにおける入射EC波の偏波のリアルタイム制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Tsujimura, Y. Mizuno, T. Tokuzawa, Y. Ito, S. Kubo, T. Shimozuma, Y. Yoshimura, H. Igami, H. Takahashi, A. Ejiri, the LHD Experiment Group
  • 学会等名: 第12回 核融合エネルギー連合講演
• [学会発表] Recent progress of the applications of ECRH/ECCD and the supportive technologies in the LHD (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Igami, S. Kubo, T. Shimozuma, Y. Yoshimura, H. Takahashi, T. I. Tsujimura, S. Kobayashi, Y. Mizuno, H. Takubo, K. Tanaka, M. Yokoyama, R. Seki, I. Yamada, R. Yasuhara, H. Tsuchiya, K. Ida, M. Yoshinuma, T. Kobayashi, S. Ohdachi, M. Osakabe, T. Morisaki
  • 学会等名: 20th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating
  • 国際学会