複数EC高調波による加熱電流駆動で生成される高エネルギー電子の制動放射計測

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九州大学の球状トカマク実験装置QUESTにおける電子サイクロトロン加熱では，高エネルギー電子の影響で28 GHz高周波の第二－四高調波共鳴がプラズマの広域で起きる．相対論的ドップラーシフトが起きて高周波の共鳴条件が変化し，電流駆動（フォワード）方向に運動する電子が逆（バックワード）方向に運動する電子よりも加熱されて正味の電流が流れる．この電流駆動機構を明らかにするためには高エネルギー電子のダイナミクスを理解することが鍵になる．そこで高エネルギー電子に起因する制動放射X線の空間分布観測を行っている．本研究では，検出器として80 x 80のCdTe（カドミウム・テルル）アレイ素子を有するHEXITECを利用して広い視野を持つX線ピンホールカメラを開発した．この検出器は5 kHzのフレームレートで200 keV以下のX線スペクトルを取得出来る．QUEST装置における実験では，プラズマ電流50 kAを超える球状トカマクの観測に適用した．画像解析の結果，プラズマからの放射及び高エネルギー電子がプラズマ対向壁やリミタに衝突する際の放射の両方が重なり合った二次元X線分布が撮影されていることがわかった．強い放射があるリミタ部のX線スペクトル上に，材料であるタングステンの特性X線のピークがある．内側リミタと外側リミタではスペクトル形状に差があり，特に外側リミタでは100 keV以上のX線カウントが多く，フラット形状のスペクトルが観測された．これは100 keV以上のエネルギーを持つ捕捉電子群がスクレイプオフ層に存在していることを示唆している．さらにRF加熱パワーオフの瞬間にプラズマ対向壁からの制動放射は急減し，フォワード方向とバックワード方向の放射が非対称である二次元分布が観測された．この分布は高エネルギー電子がプラズマ電流を担っていることを示す観測結果である．