ペレット荷電交換中性粒子計測を利用した新しいプラズマ計測法の開発

大型ヘリカル装置(LHD)のプラズマでは、高エネルギー粒子の空間分布がプラズマの性能に大きく依存する。しかしながら、その空間分布のうち半径方向の分布を測定する方法はほとんどなかった。そこで計測ペレットをプラズマに入射して2重荷電交換を中心付近で起こさせ、発生する中性粒子を観測するペレット荷電交換計測を提案し実施した。ペレットの軌跡を時間分解能の優れたCCDで測定したところ、5cm程度であった。一方測定の時間分解能と速度から導かれる空間分解能も同程度であることから、この手法で十分物理的成果を期待できることが確認できた。イオンサイクロトロン加熱プラズマには共鳴領域が存在し、その場所で選択的に高エネルギー粒子の加速が予想される。ペレット荷電交換計測により半径方向の高エネルギー粒子の空間分布を調べたところ同じく共鳴領域で大きなフラックスが観測された。接線入射のNBIプラズマに対して磁気軸を変化させたとき、高エネルギー粒子は磁気軸を内寄せにしたほうが閉じ込めがよいことがPCXからも明らかになり、その空間分布を得ることができた。また磁場強度が弱いと中心付近に高エネルギー粒子が局在している様子が観測された。これはラーマー半径が大きいため周辺部で捕捉粒子が閉じ込っていないことに起因する。ヘリウムイオンに対して共鳴領域を有するイオンサイクロトロン加熱時のヘリウムイオン計測をペレットを用いて行った。使用している中性粒子分析器がヘリウム計測用のチャンネルを有しないため、再現性のある2つのショットで分析器内の粒子弁別用プレート電圧を水素用、ヘリウム用に変えることによりヘリウムと水素を区別した。分析器中での水素の散乱が無視できないので両者の比を取ることにより分布を求めた。イオンサイクロトロン印加時にはヘリウムイオンが共鳴層付近で特に強く加速されていることを確認できた。以上のようにPCXを用いて各種プラズマ中の高エネルギー粒子分布計測手法を確立できた。

大型ヘリカル装置(LHD)のプラズマでは、高エネルギー粒子の空間分布がプラズマの性能に大きく依存する。しかしながら、その空間分布のうち半径方向の分布を測定する方法はほとんどなかった。そこで計測ペレットをプラズマに入射して2重荷電交換を中心付近で起こさせ、発生する中性粒子を観測するペレット荷電交換計測を提案し実施した。ペレットの軌跡を時間分解能の優れたCCDで測定したところ、5cm程度であった。一方測定の時間分解能と速度から導かれる空間分解能も同程度であることから、この手法で十分物理的成果を期待できることが確認できた。イオンサイクロトロン加熱プラズマには共鳴領域が存在し、その場所で選択的に高エネルギー粒子の加速が予想される。ペレット荷電交換計測により半径方向の高エネルギー粒子の空間分布を調べたところ同じく共鳴領域で大きなフラックスが観測された。接線入射のNBIプラズマに対して磁気軸を変化させたとき、高エネルギー粒子は磁気軸を内寄せにしたほうが閉じ込めがよいことがPCXからも明らかになり、その空間分布を得ることができた。また磁場強度が弱いと中心付近に高エネルギー粒子が局在している様子が観測された。これはラーマー半径が大きいため周辺部で捕捉粒子が閉じ込っていないことに起因する。ヘリウムイオンに対して共鳴領域を有するイオンサイクロトロン加熱時のヘリウムイオン計測をペレットを用いて行った。使用している中性粒子分析器がヘリウム計測用のチャンネルを有しないため、再現性のある2つのショットで分析器内の粒子弁別用プレート電圧を水素用、ヘリウム用に変えることによりヘリウムと水素を区別した。分析器中での水素の散乱が無視できないので両者の比を取ることにより分布を求めた。イオンサイクロトロン印加時にはヘリウムイオンが共鳴層付近で特に強く加速されていることを確認できた。以上のようにPCXを用いて各種プラズマ中の高エネルギー粒子分布計測手法を確立できた。