LHDにおけるマイクロ波イメージング計測

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14208055
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 長山 好夫 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (10126138)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 稲垣 滋 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (60300729) ; 間瀬 淳 九州大学, 産学連携センター, 教授 (00023325) ; 森下 一男(川端 一男) 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (60109353) ; 田中 謙治 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (50260047) ; 徳沢 季彦 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助手 (90311208)
• Keywords: LHD / イメージング / 反射計 / IMPAT発振器 / マイクロ波 / ECE / プラズマ

Research Abstract

最初に、コストの関係で大口径アンテナを用いるECE測定を単一チャンネルで行った。その結果、表面に近いプラズマ領域で鋸歯状波振動が観測された。すなわちLHDプラズマは表面付近で激しく運動していることが分かった。次に、アンテナの設置計画を立てた。LHDは複雑な3次元構造をしているため、実物大LHD模型にアンテナ模型を設置して、アンテナ配置を検討した。その結果3枚の鏡を用いる必要性が分かった。そこで光学設計コードZEMAXを駆使し、アンテナを構成する鏡の設計をした。また、大口径アンテナを用いた2チャンネルのイメージング反射計を既存のECEイメージングアンテナに取り付けて実験した。これは0.5Wの高出力IMPAT発振器をプラズマ中に照射しカットオフ層からの反射波を受光するものである。しかし信号強度が極めて小さく十分な成果が得られなかった。そこで、実験室のイメージングアンテナで試験を行った。本研究費補助金で購入したベクトルネットワークアナライザに40-60GHzの発信-受信アンテナモジュールを取り付け、各種の試験を行った。導波管の試験ではマイクロ波伝送効率は1/2であるが実験に支障があるレベルではなかった。次に、直径10mmのステンレス丸棒からのマイクロ波の反射を測定した。マイクロ波の波長は5mmで丸棒の半径程度であるにも関わらず、偏光方向が90度異なっても反射波のパワーはあまり変化しなかった。また広い範囲に散乱するにも関わらず、フォーカスが合った場合では受信波は送信波の0.8%にもなった。これは全方向に散乱した場合と比べ10高い値であり、イメージング反射計の高効率を示している。ただしフォーカス領域が狭く、照射領域と受光領域がオーバーラップしていない可能性がある。そこで現在照射のための光学系と、ECEと反射計の同時計測が可能なように45度ダイクロイック反射板を開発している。

Research Products

• [Publications] S.Inagaki, et al.: "Observation of Reduced Heat Transport inside the Magnetic Island O Point in the Large Helical Device"Physical Review Letters. 92. 55002 (2004)
• [Publications] Y.Nagayama, et al.: "Sawtooth Oscillation in Helical Plasma with Beam Driven Current in Large Helical Device"Physical Review Letters. 90. 205001 (2003)