周波数ホッピングマイクロ波反射計を用いたアルベン固有モード計測

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本研究の目的は、新しいマイクロ波反射計システムを構築し、LHDプラズマに適用し、アルベン固有モードの空間構造を直接計測することである。将来の核燃焼プラズマにおいては、アルファ粒子によって引き起こされるアルベン固有モードなどのMHD不安定性を制御することは非常に重要であることが予想され、アルベン固有モードのプラズマ中における空間構造を知ることは理論モデルとの比較研究を行う上で不可欠なことであると考えられている。従来、アルベン固有モードの空間構造については、トロイダル及びポロイダル方向に多数設置された磁気プローブによる計測とシミュレーションコードを用いた解析が主流となってきたが、大型装置の場合プラズマコア部に局在化したような微少振幅のモードを計測することが困難であることが指摘されており、新しい計測手法としてマイクロ波を用いた反射計測の適用が期待されている。本研究で開発を行ったマイクロ波反射計システムは、プラズマ中の波動の空間分布を計測することを目的としておることから、マイクロ波の周波数を時間的に階段状に変化(ホッピング)させ、反射点の空間スキャンを行えるものを構築した。特に反射信号の位相変化を直接検出することにより、揺動強度の絶対値計測を行えるものとした。低位相ノイズのシンセサイズドマイクロ波発振器出力周波数を4逓倍してプラズマ計測に最適化させ、かつその周波数をホッピング変化させても安定に動作させることに成功し、これにより、大型ヘリカルプラズマ中のトロイダルアルベン固有モードの空間分布計測に初めて成功した。