超短パルス反射計によるプラズマ診断法の開発

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高温高密度プラズマ内部の密度分布や密度揺動等を非接触で測定する方法として電磁波を用いた計測法がある。特に、最近のパルス技術の発達や高速掃引型広帯域発振器などの高周波デバイスの発達により反射計を用いたプラズマ診断が行われるようになった。本研究では、短パルスをプラズマ中に入射し、入射波と反射波の飛行時間差からプラズマのカットオフ層の位置を測定する方法を用いる。パルス幅の逆数に相当する周波数をフーリエ成分として持っているため、1ショットで多周波数の反射波を観測することができるため、この方法は次期大型核融合実験装置での応用が期待され、その実験的、理論的検証が急がれている。そこで本研究の目的は、超短パルス反射計を用いてプラズマ診断の実験的および理論解析との検証を行うことである。本年度は、プラズマ密度分布測定法を確立するために東北大学工学部に設置してある高密度電磁流体実験装置HITOPをテストプラズマ源として密度分布制御を行って基礎的データを取得した。制御方法としては、外部磁場配位を変化させたりプラズマ放電電流を変えたりし、プラズマ密度および半径の制御を行った。そして、HITOP装置内部に設置してある静電プローブアレイを用いてプラズマ半径方向密度分布を測定し、現在開発中の高速周波数掃引型反射計を用いた密度測定と比較した。その結果、両者の測定結果はほぼ一致したものの、反射計システムのS/Nの改善やプラズマ内部の密度揺動や不安定性などの物理現象の解明などの問題点が残り、それらの検討を行った。超短パルス反射計については、金属反射板を用いたシミュレーション実験などは行っているものの、プラズマへ適用するための十分な信号強度は得られていないため、増幅器の増強などが必要である。今後は、高速掃引型反射計とともに超短パルス反射計でのプラズマ密度分布測定を行いその測定法の確立を進めていく予定である。