2018 Fiscal Year Research-status Report

Investigation of the localized reconnection by using the 3D millimeter imaging diagnostics

Research Project

Project/Area Number	17K18772
Research Institution	Nihon University
Principal Investigator	長山好夫日本大学, 理工学部, 特任教授 (10126138)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	高瀬雄一東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (70292828) 土屋隼人核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (90509522)
Project Period (FY)	2017-06-30 – 2020-03-31
Keywords	マイクロ波 / イメージング / 反射計 / トカマク / プラズマ / MHD不安定性 / 磁気再結合 / 密度揺動
Outline of Annual Research Achievements	MIRの調整を行った。2種類の2逓倍器をカスケード接続して4逓倍器とした。入力パワー3dBm以上で、出力（20GHz～33GHz、10dBm）が得られた。金属多孔板のビームスプリッタが大きな迷光源となっていることを発見した。LHDで位相測定ができなかったのはそのせいである。アクリル板に取り替えたところ迷光が激減した。分解能とチャンネルセパレーションは同じで24mmであった。周波数分離器における電圧降下が原因でIF信号が小さかった。このように、実験準備室で十分な調整ができたために、LHDでは分からなかった不具合が多く見つかった。計測器開発では、いきなり大型装置に組み込むよりも、可搬型にして実験準備室で十分な調整をすることが重要である。 TST-2に設置した。データ収集系は全日本核融合バーチャルネットワーク（SNET）を経由して、核融合科学研究所のLABCOMシステムに接続した。デジタイザのチャンネル数に合わせ、トロイダル×ポロイダル×半径＝6×6×2、について散乱マイクロ波のパワーと位相を検出した。電磁誘導によりプラズマ電流を立ち上げるOHプラズマについて、ほぼ毎週MIR運転を行った。IDLやPythonを用いて、波形のモニター、パワースペクトル、位相計算、散乱強度の2次元画像、位相の次元画像などのデータ処理ソフトウェアを開発した。タイミングを合わせるためにIREの発生を示す磁気プローブ信号、Hα信号、軟X線信号をMIRと同一のデジタイザに接続した。TST-2のOHプラズマにおいて、観測対象のIREの発生を確認した。 IRE発生時にMIR信号に顕著な変化が見られない。また、磁気プローブ信号で見られる10kHzのMHD揺動（多分m=2だと思われる）がMIRでは観測されない。プラズマ密度が低すぎて反射が得られないのだと思われる。対策が必要であることがわかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 計画通り、MIRをTST-2に設置し、実験を開始した。装置の故障を随時修理しながら、ほぼ毎週運転し、順調にデータを取得している。当面必要なデータ処理ソフトウェアを開発し、実験のモニターに使用している。その成果を、国際会議（PIERS2018）に1件（ポスター）、国内学会（プラズマ核融合学会年会）に2件の報告（ポスター1件、オーラル1件）を行った。また、本研究により修士1名が誕生した。ここまでは良いのだが、問題は、狙った物理現象が観測できていないことである。TST-2プラズマの電子密度は想定外に低すぎるようであるため、狙った物理現象が発生する磁気面ではマイクロ波が反射しないようである。照射マイクロ波の周波数を下げるなどの装置の改良が必要である。
Strategy for Future Research Activity	TST-2プラズマの電子密度は想定外に低すぎるため、狙った物理現象が観測できていない。そこで照射マイクロ波の周波数を下げるなどの装置の改良を平成31年度に行う。しかし、本研究で用いているイメージング検出器の周波数の下限が23GHzなのでこれ以上は下げられない。仮に、r/a=0.8に観測対象のIREが有るとしたら、中心密度が1.5×10^19 m-^3以上の高密度プラズマが必要となる。もし、プラズマの密度が上げられないのであれば、観測対象を乱流などに変えることになる。この場合、バイコヒーレンスなどの他の解析手法を用いる必要があり、新たなソフトウェア開発を行うことになる。平成31年度にはこれらの対策を講じ、世界唯一のMIR計測で、MIR計測の有用性を示す。
Causes of Carryover	研究計画策定時には想定していなかった、プラズマの低密度問題が明らかになった。マイクロ波反射周波数はプラズマ密度の関数である。密度に応じた反射周波数と照射周波数が一致していなければ測定はできない。そこで問題解決のためにマイクロ波照射周波数を下げることとした。そのための部品は輸入品なので、次年度使用とした。次年度使用額は、マイクロ波照射周波数を下げるための部品購入に充当する。