オーバーデンスプラズマにおけるBXOモード変換を用いた電子温度分布計測

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25420885
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 長崎 百伸 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (20237506)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 電子バーンスタイン波 / 電子温度計測 / モード変換

研究実績の概要

核融合プラズマにおいて、電子サイクロトロン波の吸収と放射は電子加熱・非誘導電流駆動や電子温度分布計測等に広く利用されている。従来、正常波（O-mode）や異常波（X-mode）といった電磁波が用いられているが、電磁波にはカットオフ密度と呼ばれるアクセス密度上限が存在し、カットオフ密度以上での電磁波の利用は困難である。高密度領域における電子温度分布計測の手法の一つとして、電子密度に関係なくプラズマ中を伝播可能な電子バーンスタイン波（Electron Bernstein Waves, EBW）の利用が提案されている。本研究は、プラズマ実験装置においてEBWを用いた電子温度分布計測を行い、高密度領域電子温度分布計測法としての可能性を探ることを目的とする。
昨年度に3次元磁場配位を考慮に入れたレイトレーシング計算コードを開発し、現状のアンテナシステムでOXモード変換効率が100%に近い値が得られることが理論的に得られた。こうした計算結果を基に多チャンネルラジオメータシステムを構築し、4チャンネルでのシステムの構築を行ってきたが、今年度は8チャンネルへの増強を行い、模擬信号を用いて1nWレベルの信号を測定できることを確認するとともに、ノイズソースを用いて相対感度較正を行った。このラジオメータをHeliotron JにおけるNBIプラズマ実験に適用し、電子サイクロトロン放射を計測できることを確認した。また、カットオフ密度以上において有意な強度の信号が得られた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

電子温度計測のためのラジオメータシステムの構築は完了し、カットオフ密度を超えたプラズマ実験での電子温度計測の準備は整った。

今後の研究の推進方策

ヘリオトロンJ装置におけるプラズマ実験への適用を進め、アンテナの角度をスキャンすることによりOX変換窓の探索による電子バーンスタイン波の検出を進めるとともに、カットオフ密度における電子温度分布計測を試みる。実験的に得られたアンテナの最適設定角度をレイトレーシング計算から予測される角度と比較し、理論予測の精度と限界を評価する。トムソン散乱計測によって計測した電子温度分布との比較を行い、得られた信号が電子温度を反映しているものかどうかを調べる。構築したラジオメータは可搬型で移動が比較的用意であるため、大型ヘリカル装置であるLHDでのEBW計測への適用も検討する。

次年度使用額が生じた理由

ラジオメータシステム伝送系構築に必要となるマイクロ波コンポーネントの納入が次年度となったため。

次年度使用額の使用計画

90度ベンド、直線導波管等のマイクロ波コンポーネントの購入を予定している。

研究成果

• [雑誌論文] Summary of ECRH/ECCD Presentations at EC18 (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Nagasaki
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 87 ページ: 02001
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Second harmonic ECRH breakdown experiments in the TJ-II stellarator (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Cappa, E. Ascasibar, F. Castejon, D. Tafalla, F. Tabares, M. Ochando, J. Romero, E. de la Cal, J. Martinez and K. Nagasaki
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 55 ページ: 043018
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/4/043018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental characterization of plasma start-up using ECRH in preparation of W7-X operation (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Preynas, D. Assmus, H. Igami, S. Kado, S. Kobayashi, S. Kubo, H.P. Laqua, T. Mutoh, K. Nagasaki, M. Otte, T. Shimozuma, T. Stange and Y. Yoshimura
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 87 ページ: 02005
  • DOI: 10.1051/epjconf/20158702005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Long-pulse Plasma Discharges by Upgraded ECH System in the LHD (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yoshimura, H. Kasahara, K. Nagasaki, M. Tokitani, N. Ashikawa, Y. Ueda, S. Ito, S. Kubo, T. Shimozuma, H. Igami, H. Takahashi, M. Nishiura, S. Kobayashi, Y. Mizuno, K. Okada, S. Ogasawara, R. Makino, I. Yamada, T. Tokuzawa, K. Tanaka, T. Mutoh and H. Yamada1 LHD Experiment Group
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 87 ページ: 02020
  • DOI: 10.1051/epjconf/20158702020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] First measurement of time evolution of electron temperature profiles with Nd:YAG Thomson scattering system on Heliotron J (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Kenmochi, T. Minami, C. Takahashi, S. Tei, T. Mizuuchi, S. Kobayashi, K. Nagasaki, Y. Nakamura, H. Okada, S. Kado, S. Yamamoto, S. Ohshima, S. Konoshima, N. Shi, L. Zang, Y. Ohtani, K. Kasajima, and F. Sano
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments. 巻: 85 ページ: 11D819
  • DOI: 10.1063/1.4890255
  • 査読あり
• [学会発表] Effect of Magnetic Shear on Propagation and Absorption of EC Waves (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Nagasaki
  • 学会等名: Japan-Korea Workshop on Heating and Current Drive
  • 発表場所: Daejeon Convention Center, Daejeon
  • 年月日: 2015-02-26 – 2015-02-27
• [学会発表] Development of Electron Bernstein Emission Diagnostic in Heliotron J (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nagasaki, Y. Nakamura, S. Kamioka, F. Volpe, H. Igami, K. Sakamoto, T. Mizuuchi, H. Okada, T. Minami, S. Kado, S. Kobayashi, S. Yamamoto, S. Ohshima, S. Konoshima, L. Zang, N. Kenmochia, Y. Ohtania, N. Marushchenko, Y. Turkin, F. Sano
  • 学会等名: 24th International Toki Conference (ITC24) on Expanding Horizons of Plasma and Fusion Science through Cross-Fertilization
  • 発表場所: Ceratopia Toki, Toki
  • 年月日: 2014-11-04 – 2014-11-07
• [学会発表] Plasma Start-up Using Microwaves in Fusion Devices (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nagasaki, S. Kobayashi, M. Preynas, K. Hada, T. Mizuuchi, H. Okada, T. Minami, S. Kado, K. Masuda, Y. Nakamura, S. Yamamoto, S. Ohshima, S. Konoshima, K. Sakamoto, L. Zang, N. Kenmochi, Y. Otani, A. Isayama, S. Ide, F. Sano
  • 学会等名: The 9th International Workshop “Strong Microwaves and Terahertz Waves: Sources and Applications
  • 発表場所: Nizhny Novgorod - Perm - Nizhny Novgorod
  • 年月日: 2014-07-24 – 2014-07-30
• [学会発表] Control of Energetic-Particle-Driven Modes by ECH/ECCD in Helical Systems (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nagasaki, S. Yamamoto, S. Kobayashi, K. Nagaoka, E. Ascasibar, M. Osakabe, Y. Yoshimura, T. Mizuuchi, H. Okada, T. Minami, S. Kado, S. Ohshima, S. Konoshima, N. Shi, K. Sakamoto, Y. Nakamura, L. Zang, N. Kenmochi, Y. Ohtani, F. Volpe, N. Marushchenko, F. Sano and the LHD experiment group
  • 学会等名: 18th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating
  • 発表場所: Nara Prefectural New Public Hall, Nara
  • 年月日: 2014-04-22 – 2014-04-25
• [学会発表] Summary of ECRH/ECCD Session (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nagasaki, April 22nd-25th, Nara Prefectural New Public Hall, Nara, 2014
  • 学会等名: 18th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating
  • 発表場所: ara Prefectural New Public Hall, Nara
  • 年月日: 2014-04-22 – 2014-04-25
  • 招待講演