核燃焼プラズマのための先進的ミリ波診断法の開発

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1.ミリ波先進計測システム要素技術の最適化:1)フッ素樹脂フィルムに放射線グラフト重合処理を施すことにより、銅箔との付着力を向上させると共に、基板上導体パターンの形成にエレクトロ・ファイン・フォーミングの技術を適用し、従来のエッチング方式では困難であったミリ波デバイス(準光学ノッチフィルタ、アレイアンテナ)の製作を実現した。2)新方式ヘテロダイン受信回路の最適化を進めた。マイクロ波低損失アンプ、マルチプレクサ、バンドパスフィルタ、高感度ディテクタが基板上に一体化した受信回路を完成した。本回路が、電子サイクロトロン放射(ECE)装置、ECEイメージング装置などに適用できることを、LHDプラズマで実証した。3)次世代マイクロ波イメージング装置に不可欠なビーム制御デバイスの開発を進め、周波数20-40GHzにおいて±20度のビーム偏向、さらにビームの発散および集光も可能なことを検証した。2.ミリ波先進計測システムの大型磁場閉じ込め装置への適用実験:1)LHD反射計イメージング実験において、結像光学系の遠隔操作により、反射面と入射ビームの整合性を高め、密度揺動成分の観測に初めて成功した。揺動信号のモード数および周波数スペクトルが磁気プローブ信号と対応しており、高速イオンに起因した巨視的不安定性であることが示された。2)超高速ネットワーク(S-NET)を利用した遠隔制御によりLHD超短パルス反射計装置を稼動させ、カットオフ周波数18-40GHzに対応する密度分布(0.4-2×lO^<19>cm^<-3>)を定常的に得ることができた。有限差分時間領域法を用いた計算機シミュレーションと実験を比較することにより、本研究グループが開発した分布再構成法の信頼性を確認した。3)本研究で開発・製作した先進計測デバイスは、日米協力、日韓協力などの国際共同研究によりTEXTOR(ドイツ)装置には既に適用され、KSTAR(韓国)DIII-D装置(米国)にも適用するべく準備されている。3.ミリ波診断シミュレーション(ドップラー反射計模擬シミュレーション):1)プラズマ揺動を想定したリップルを有する動く金属ターゲッートにミリ波を斜め入射して,ブラッグ共鳴を満たす反射波の周波数のドップラーシフトを解析して,ドップラーシフト量がターゲットの速さに比例することを確かめた。2)リップルが小さい内は反射波信号の大きさはリップルの振幅に比例するが,リップルが大きくなるとミリ波の多重散乱が起きて,反射波信号が複雑化かつ飽和することが明らかになった。