高密度プラズマ揺動分布測定のためのミリ波イメージング反射計の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13480130
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 服部 邦彦 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90261578)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水野 皓司 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (30005326) ; 安藤 晃 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90182998) ; 犬竹 正明 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90023738) ; 間瀬 淳 九州大学, 先端科学技術共同研究センター, 教授 (00023325)
• Keywords: ミリ波反射計 / イメージング / テーパードスロットアンテナ / プラズマ計測

Research Abstract

核融合プラズマに代表される高密度プラズマの密度分布等を計測することは、プラズマ物理を研究するうえで必要不可欠である。これらを非接触で測定する方法として反射法を用いたプラズマ診断法の開発が進められている。本研究の目的は、非接触プラズマ測定法の1つである反射計とイメージング計測法を組み合わせ、プラズマの半径方向およぴ軸方向密度揺動および磁場揺動の動的3次元空間分布測定を1ショットで行う手法を開発することである。
本年度は、既存のマイクロ波反射計を用いた原理実証実験を行うために12GHz帯のテーパードスロットアンテナ(TSA)を設計・作製した。TSAの特徴は、半値ビーム幅10〜20°程度で主鏡とのカップリングが良いため開口効率が高く、共振型アンテナにくらべて広帯域である。また、軽量小型、単純構造、低コストであるため基板のプリント技術を用いることにより容易に製作が可能でMMICとの一体化が容易であり大規模アレー化に適している。
今回製作したTSAは、マイクロストリップ線路給電回路を等価回路法を用いて設計した。製作したTSAは、10〜12GHzにおいてVSWRは2以下を実現できた。また、アンテナビームの放射パターンも測定し半値ビーム幅20°を得た。従来使用していた角錐ホーンアンテナと新たに作製したTSAを反射計の受信アンテナとして用いて、金属板によるシミュレーション実験を行った結果、金属板の移動量が両者とも良く一致していた。現在、TSAのアレー化ならびにさらに高周波の60GHz帯ミリ波反射計を製作すべくミリ波部品を購入し反射計を製作している。

Research Products

• [Publications] K.Hattori: "Plasma Acceleration by Magnetic Nozzles and Shock Waves"Proc. of Plasma Science Symposium 2001. 1・P1-23. 57-58 (2001)
• [Publications] M.Yoshinuma: "Collisionless-Drift-Wave Stabilization by Rotational Drift Shear"Proc. of Plasma Science Symposium 2001. 1・P1-17. 45-46 (2001)
• [Publications] J.Bae: "A W-Band Overmoded-Waveguide Oscillator with Gunn Diodes"Trans. on Microwave Theory & Tech.. 49・12. 2554-2559 (2001)
• [Publications] K.Mizuo: "Millimeter Wave Imaging Technologies"APMC2001. 394-398 (2001)
• [Publications] Y.Kogi: "Measurement of Ultrashort-Pulse Cross-Polarization Scattering in a Tandem Mirror"Jpn. J. Appl. Phys.. 40・8A. L841-L843 (2001)
• [Publications] L.G.Bruskin: "Analytical Simulation of Microwave Reflectometry of Plasma Cylinder"Rev. Sci. Instrum.. 72・11. 4139-4144 (2001)