ファラデー素子をセンサーとする多点型磁場計測器の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13480131
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 飯尾 俊二 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教授 (90272723)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 筒井 広明 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助手 (20227440) ; 嶋田 隆一 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (40206181)
• Keywords: ファラデー効果 / 磁場計測 / 偏光計測 / SLD / 光弾性変調器 / ロックインアンプ / 磁場閉じ込め核融合 / 偏光変調法

Research Abstract

磁場閉じ込め方式による核融合炉において、閉じ込めプラズマの制御に不可欠な電流及び磁場の計測精度を、長時間に亘って保つことが課題となっている。本研究では、磁場センサーとしてファラデー素子を使用し、光弾性変調器(PEM)を用いて1本のビームの偏光面を変調する計測方式を採用してゼロ点の安定化を図り、計測分解能と安定性の試験を行った。ヘテロダイン方式と違って光の干渉性は必要ないので、戻り光の影響を受けにくく安定性の高いSLD(super-1uminescent diode)を光源に使用した。
PEMによる計測分解能を調べるため、磁場印加のない状態で評価した偏光角の標準偏差は、入射偏光角がどちらかのPEMの変調軸に近い場合は、標準偏差は0.006度以下となっておりロックインアンプ時定数を長くするに従って下がる傾向がある。一方、入射偏光角が中間の21度では、標準偏差は約0.07度へと上昇し、ロックインアンプの時定数にほとんど依存しない。このように入射偏光角によって変化する分解能は、ロックインアンプの出力から偏光角を評価する時の誤差の伝播で理解できることを明らかにした。偏光角計測の標準偏差は22.5度で最大であり、SN比の最小値は0度付近で約150と評価された。
偏光角のゼロ点は、偏光変調法の方が偏光面回転法よりもはるかに安定で、後者では数秒の時定数でO.03度程度変動し、突発的にもっと大きな変動も現れたのに対して、ゼロ点の変動はO.01度以下であった。3℃の室温変化による見かけ上の角度変化はO.02度であり、偏光面回転法より温度変化の影響もに受けにくいことを示した。回転偏光子を用いた較正により偏光角計測の比例係数が1であることと、ZnSeをファラデー素子として用いて磁場に対する線形応答を確かめた。
また、多チャンネル化するための方式の検討を進めた。

Research Products

• [Publications] T.Akiyama, R.Shimada, M. Takahashi, S.Tsuji-Iio, et al.: "Bench Testing of Magneto-Optic Polarimeters for Long-Pulsed Fusion Devices"IEEE Transaction on Applied Superconductor. (2002)