LHDにおけるマイクロ波イメージング計測法の開発

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LHDにおいてイメージング反射計(MIR)の実験を行った。これはプラズマによるXモード波の反射を利用する物で,周波数は66,69GHzであり,半径方向の密度揺動伝播を測定できる。空間的には,また中心点とポロイダル方向,トロイダル方向それぞれ10cm離れた2点の,合計3点が測定される。反射計では送り出したマイクロ波をプラズマが反射する物で,写真で例えれば,フラッシュ撮影に相当する。フラッシュ波は広がり,受信波はピントが合っていなければならない。MIRではしかし写真と異なり送信と受信は同一のアンテナで行う。本研究では光学設計コードZEMAXを駆使して,それを満足する光学設計を行い,また,九州大学で開発した電磁波シミュレーション用FDTD法(Finite Difference Time Domain Method)コードを用いて,それを確認した。このようにして設計した光学系を核融合科学研究所技術部製作技術課で製作し,LHDに取り付けた。また,45度ダイクロイックプレートを同課で製作し,ベクトルネットワークアナライザで試験し,ECEIとMIRを周波数領域で分離した。MIRをNBI加熱した低密度プラズマに応用した結果,低周波(2-3kHz)振動がプラズマ中心部で観測された。ポロイダル方向には2.5msの相関があり,ポロイダル速度が40m/sであることがわかった。しかし,高密度プラズマでは反射信号を受信できなかった。これはトカマクと異なりヘリカルプラズマは複雑な三次元構造をしているため,わずかな角度変化が反射波の強度を大きく減じてしまうためである。今後,容器内アンテナに角度可変機構を取り付ける必要がある。本研究は世界初のヘリカルプラズマにおけるMIR実験となる。