高エネルギー電子計測用損失電子プローブの開発と低域混成波維持プラズマへの適用

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球状トカマク装置は、磁気エネルギーに対するプラズマ圧力の比が大きいプラズマを維持できる特性を持ち、経済性の高い核融合炉が期待できる。球状性を増加させるためには、電磁誘導方式のプラズマ電流駆動に用いる電磁コイル(センターソレノイド:CS)の役割を減じ、代替の電流駆動手段を開発する必要がある。TST-2球状トカマク装置では低域混成波(LHW)で効果的に電流を駆動する研究を進めている。LHWは電子を加速し電流を生み出す。LHWがプラズマと相互作用するとき静電波として振る舞うため、LHWによる加速にて生成される高速電子は磁力線に沿っている。磁力線に対する粒子軌道の向きをピッチ角で定義するが、そのピッチ角はほぼ180度となる。なお、ここでは、180度引いた角度で再定義し、そのピッチ角はほぼ0度となる。高速イオンにおいて速度分布の情報をうる計測器として損失高速イオン検出器(FILD)という計測手法がある。この手法では、高速イオンのラーマー半径が5mm程度以上ということを利用して、高速イオンのピッチ角とエネルギーが測定できる。しかしながら、ここで対象とするピッチ角の電子ではラーマー半径が3mm程度以下しかないため、同様の構成は取れない。そこで、2つのオリフィスを用いて軌道を限定して高速電子を捕獲して、速度空間情報を得るという方針をとることにした。製作可能な構造をもとに行った数値計算の結果、捕獲した高速電子のエネルギーの情報をうることは難しいが3度程度の分解能でピッチ角の情報は計測できることがわかった。この成果をまとめて学会等で発表を行うとともに査読付論文として投稿し、採択された。この結果に基づいてチャンネル毎に特定のピッチ角の高速電子を捕獲するプローブを設計した。直径0.1mm程度の穴を精度よく配置する難しさがあり、要素技術の確認のための試作と設計変更を行い、製作を開始した。