Development of advanced millimeter wave diagnostic system for high energy ions in fusion plasmas and control for self-burning plasmas

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核融合プラズマ中のDT反応で発生する高エネルギーイオン(3.5MeVα粒子)は燃料イオン(D,T)を加熱し，プラズマの自立燃焼を支える．ITERでのα粒子計測はミリ波協同トムソン散乱(Collective Thomson Scattering, CTS)計測を採用したが，開発途上にある．本研究はミリ波CTS計測による核融合プラズマ中の高エネルギーイオンの速度分布関数計測手法の確立を目的とする．マックスプランクプラズマ物理研究所のステラレータ装置Wendelstein 7-XにデンマークのグループとW7-Xのグループが開発したCTS計測器があり，共同研究を実施してきた．核融合プラズマの自立燃焼に必要な高エネルギーイオンの物理研究と熱・粒子輸送研究を実施するため，2022年2月のW7-Xのプラズマ実験に，西浦，釼持，矢内と東大大学院生Gong，上田が参加した．CTS計測器を使い，電子サイクロトロン輻射(ECE)スペクトルの取得を行った．得られたECEスペクトルからプラズマ乱流による電子温度揺動の解析を行うため，ECEのデータを持ち帰った．また，電子温度揺動は相関ECEシステムを用いた計測が行われており，2つの計測手法で乱流揺動スペクトルのデータの検証を行う．上田，西浦らは，ダイバータ領域のイオン流のイメージ計測のためのコヒーレンスイメージング計測についても情報収集を行った．マックスプランクプラズマ物理研究所において，デンマーク工科大，W7-Xのグループと高エネルギーイオンの速度空間トモグラフィ法について相互に情報交換を進めた．また，W7-Xの電子サイクロトロン加熱のグループとLHDにおける電子加熱の現状報告と問題点を改善するための方策を議論した．CTS計測やECE計測に用いるノッチフィルタに関して国内特許を取得した．