超高密度プラズマ加熱に向けた電子バーンシュタイン波モード変換の物理機構の解明

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本研究は球状トカマク実験装置(QUEST)において、ECW/EBWモード変換の逆過程を経て放射される輻射波の計測を行い、波動計算結果と比較する事により、EBW及びモード変換の物理機構を明らかにすることが目的である。研究遂行のためには、(1)非コヒーレント波の偏波が適切に計測できること(2)逆過程を経て放射される輻射波の強度の空間分布を適切に計測できることの２点が要求される。非コヒーレント波の偏波のために、受信システムにOrthomode Transducer(OMT)とソフトウエア無線機(SDR)を採用し、開発した計測システムを低電力試験にて動作確認をおこない、非コヒーレント波であっても適切に偏波が計測できることを確かめた。逆過程を経て放射される輻射波の強度の空間分布を計測のために、始めに予測される輻射波の強度の空間分布をマックスプランク研究所との共同研究によりレイトレーシングと呼ばれる計算手法で波動計算を用いてQUESTの典型的なパラメータでモード変換領域の推定を行った。この結果をもとに、キルヒホッフ積分コードを用いて適切なビーム径を持つ掃引可能な集光ミラーの設計を行い、有限要素解析ソフト（COMSOL）と3Dプリンターを用いて集光ミラーを印刷後、低電力試験を行い、シミュレーション結果と実測ともに集光ミラーが設計通りに動くことを確認した。本研究期間内に集光ミラー制作が間に合わずに、プラズマ実験は集光ミラーなしのOMTをアンテナとする計測のみとなった。輻射計測結果は、強度および位相は周波数依存性があること、位相の時間発展はランダムではなくプラズマの応答に合わせて変化することを確認した。今後は、計測システムに設計した集光ミラーを組み込み、オーバーデンス状態において輻射波の受信角分布を計測することにより、EBW及びモード変換の物理機構が明らかになることが期待される。