レーザーイメージング干渉計を用いた大型ヘリカル装置(LHD)における粒子輸送に関する研究

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平成14年度に引き続き炭酸ガスレーザーを用いて電子密度分布と乱流揺動の計測を目的としたイメージング干渉計の開発を行った。平成14年度には初期的な実験結果を取得した。平成15年度は平成14年度の結果にもとづき、まずベンチトップで開発実験を行い、測定精度の向上を行った。これにより平成15年度10月からの大型ヘリカル装置(LHD)第7サイクル実験において測定システムを設置しルーチン的に詳細な密度分布計測を行うことができた。特に既存の遠赤外線レーザー干渉計で計測できなかった高密度での計測、およびプラズマ周辺部における詳細な密度分布の計測が本研究で開発したイメージング干渉計により初めて可能になった。その他重要な成果として燃料ペレットの溶発過程が空間的に異なること、静的な磁気島を形成した場合、磁気島の境界付近で電場シアが形成されそれに伴い、密度勾配が増加し粒子閉じ込めが改善していることを本研究で開発した計測により明らかにした。また、粒子輸送の物理機構を決定している乱流揺動の計測についても大きな進展があった。平成14年度の開発と初期的実験ではイメージング光学系の焦点深度を利用して局所量を取得する手法を考案し初期データを取得した。しかし、初期データの解析とベンチトップ実験の結果を吟味した結果本手法は技術的に困難であるとの結論に達し、開発路線を変更して磁力線の傾き角度を利用して局所量を測定する手法に着手した。これは乱流揺動が磁力線と垂直方向に進行することを利用し進行方向から磁力線の傾き角度を決定し、磁力線の傾き角度から空間位置を決定し、それから乱流揺動の空間位置を決定する手法である。この手法は2次元検出器で揺動の画像計測を行うことにより実現した。この手法により乱流揺動の空間分布を極めて高い時間分解能(1μsec)で計測することに成功した。このような高時間分解で乱流揺動の空間分布を計測したのは世界初であり、今後、粒子輸送の評価と比較することにより今までわからなかった乱流揺動による異常輸送の物理的機構を解明が期待できる。