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

2015 年度 実績報告書

• 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 / オーバーデンスプラズマ / ラジオメータ

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。
有限ベータ効果を含む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KRAYを開発し、既存のアンテナシステムを用いた場合のOXモード変換効率の視線角依存性を求めた。その結果、スキャン可能視線角範囲内でモード変換効率として100%に近い値が得られることが明確になった。こうした計算結果を基に、既存ECHシステムを用いた伝送系を構築するとともに、EBW検出用8チャンネルラジオメータシステムを製作した。模擬信号を用いて1nWレベルの微弱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。本成果は、Plasma and Fusion Research誌に投稿中である。また、Heliotron Jプラズマ実験において、カットオフ密度以上のNBIプラズマにおいて有意な強度の信号が得られた。

研究成果

• [国際共同研究] Columbia University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Columbia University
• [国際共同研究] Max-Planck Institute for Plasma Physics(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max-Planck Institute for Plasma Physics
• [国際共同研究] CIEMAT(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: CIEMAT
• [雑誌論文] Edge plasma responses to energetic-particle-driven MHD instability in Heliotron J (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Ohshima, S. Kobayashi, S. Yamamoto, K. Nagasaki, T. Mizuuchi, H. Okada, T. Minami, K. Hashimoto, N. Shi, L. Zang, K. Kasajima, N. Kenmochi, Y. Ohtani
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 56 ページ: 016009
  • DOI: 10.1088/0029-5515/56/1/016009
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Neoclassical parallel flow calculation in the presence of external parallel momentum sources in Heliotron J (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Nishioka, Y. Nakamura, S. Nishimura, H. Y. Lee, S. Kobayashi, T. Mizuuchi, K. Nagasaki, H. Okada, T. Minami, S. Kado, S. Yamamoto, S. Ohshima, S. Konoshima and F. Sano
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 23 ページ: 032511
  • DOI: dx.doi.org/10.1063/1.4944913
  • 査読あり / 国際共著
• [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] Interpretation of Plasma Fluctuation Data from Combination Measurement of a Perpendicular-View Camera and a Langmuir Probe in Heliotron J (2015)
  • 著者名/発表者名: L. Zang, T. Mizuuchi, N. Nishino, S. Ohshima, S. Yamamoto, Y. C. Sun, K. Kasajima, M. Takeuchi, K. Mukai, H. Y. Lee, N. Kenmochi, Y. Ohtani, K. Nagasaki, S. Kado, H. Okada, T. Minami, S. Kobayashi, N. Shi, S. Konoshima, Y. Nakamura, F. Sano
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 68 ページ: 758-765
  • DOI: dx.doi.org/10.13182/FST14-862
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of a New Far Infrared Laser Interferometer in Heliotron J and First Results (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohtani, S. Ohshima, N. Asavathavornvanit, T. Akiyama, T. Minami, K. Tanaka, K. Nagasaki, N. Shi, T. Mizuuchi, N. B. Marushchenko, S. Kobayashi, H. Okada, S. Kado, S. Yamamoto, L. Zang, G. M. Weir, N. Kenmochi, S. Konoshima, Y. Nakamura, Y. Turkin and F. Sano
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 10 ページ: 1402091
  • DOI: 10.1585/pfr.10.1402091
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Development of Electron Bernstein Emission Diagnostic for Heliotron J and LHD (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Nagasaki, Y. Nakamura, S. Kamioka, H. Igami, F. Volpe, T. Stange, K. Sakamoto, H. Okada, T. Minami, S. Kado, S. Kobayashi, S. Yamamoto, S. Ohshima, S. Konoshima, N. Kenmochi, Y. Otani, Y. Yoshimura, N. B. Marushchenko, T. Mizuuchi
  • 学会等名: 25th International Toki Conference
  • 発表場所: Ceratopia Toki, Japan
  • 年月日: 2015-11-03 – 2015-11-06
  • 国際学会
• [学会発表] 3D Magnetic Field Effect on ECRH/ECCD in Helical Systems (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Nagasaki, T. Minami, H. Kenmochi, K. Sakamoto, Y. Nakamura, H. Okada, S. Kado, S. Kobayashi, S. Yamamoto, S. Ohshima, G. M. Weir, S. Konoshima, K. Hada, Y. Ohtani, X. Lu, H. Kishikawa, N. Asavathavornvanit, K. Murakami, Y. Yoshimura, H. Igami, T. Mizuuchi
  • 学会等名: 20th International Stellarator-Heliotron Workshop
  • 発表場所: Greifswald, Germany
  • 年月日: 2015-10-05 – 2015-10-09
  • 国際学会
• [学会発表] Issues on ECCD in Negative Triangular Tokamaks and DEMO Reactor (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Nagasaki
  • 学会等名: 1st Negative Triangularity Tokamak Concept Reactor Workshop
  • 発表場所: Hefei, Anhui, People’s Republic of China
  • 年月日: 2015-05-09 – 2015-05-10
  • 国際学会
• [備考] 京都大学エネルギー理工学研究所長﨑研究室
  • URL: http://www.iae.kyoto-u.ac.jp/beam/index_j.html