レーザー誘起蛍光法を用いたスクレイプ層プラズマの流速ベクトル計測法の開発

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最終年度である本年度は、レーザー誘起蛍光(LIF)に用いる高速波長掃引(RAFS)色素レーザーの実用可能性の検証を行った。また、高速光強度計測系及びモノクロメーター系を構築し、東京大学球状トカマク装置UTSTにおいてプラズマ流速計測を試みた。レーザーパルス1ショットで流速ベクトル計測を行う場合、波長掃引の時間が必要なこと、プラズマイオンの蛍光の寿命等の理由により、RAFS色素レーザーのパルス幅は長いことが望ましい。そこで、色素レーザーを励起するNd-YAGレーザーの長パルス化を、Qスイッチのオフアライメントにより行った。また、レーザーエネルギーとパルス幅の計測を行い、計算から見積もった、LIFに必要なエネルギーと比較した。その結果、長パルス化は、目標値100nsに対し20-30nsが限界であることがわかった。そのため今回は、レーザーパルス幅は長くせず、色素レーザー内蔵の回折格子の角度制御をレーザーのショットパイショットで行うことによる波長掃引とした。UTSTにおいて、ポロイダル流速計測用高速光計測系及びトロイダル流速計測系を構築し、ワッシャーガン生成プラズモイド、オーミック生成トカマクに対して流速計測を試みた。トロイダル流速計測精度は、音速の1/2~1/3程度であった。結論として、LIFに用いる波長掃引レーザーでは、時間分解能は落ちるが、ショットバイショット計測(現状で〜数十Hz)で行う方がよいこと、色素レーザーの代わりにダイオードレーザーを用いる選択もありうることがいえる。RAFSレーザーで、シングルショットでの波長スキャンも可能だが(PZT駆動エタロンで波長掃引速度は達成可能)、波長モニタ、メンテナンス等に問題が多い空間二次元トロイダル流速分布の導出は本手法で十分可能である。ただし、レーザーの迷光の除去が完了せず、ポロイダル流速の導出に対する評価までには至らなかった。