Understanding of 3-D plasma radiation structure using feature extraction from 2-D image data

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本研究の目的は、輻射画像の特徴抽出を用いる点を特色とし、核融合プラズマ輻射の3次元構造に関する物理機構、特に①非接触ダイバータにおける熱負荷軽減のトロイダル異方性に対する輻射構造の影響及び②放射崩壊における輻射構造の磁場配位依存性を明らかにすることである。令和4年度の研究実績の概要は以下の通りである。①について、大型ヘリカル装置（LHD）に非接触ダイバータ形成のため窒素を入射したプラズマにおいて、ダイバータ熱負荷の減少にトロイダル異方性がみられた場合に生じる、3次元的に局在化した輻射構造の抽出に成功した。輻射の2次元計測として、トロイダル方向26 ch、小半径方向20 ch、計520 chのイメージングボロメータ（IRVB）を用いた。窒素入射時の輻射画像に加え、熱負荷軽減のトロイダル異方性が弱いネオン入射時の輻射画像を入力データとし、主成分分析によって特徴を抽出することで、窒素入射時に特有の局在化した構造を抽出できた。ここで、2次元画像で不足する奥行き方向の情報は、磁力線構造との比較により補った。従来の研究では、トロイダル方向に離散的な計測から、熱負荷軽減のトロイダル異方性が生じた際の輻射構造の3次元局在化が推測されていたが、今回イメージング計測と主成分分析を用いることで、3次元構造を捉えることに成功した。②について、京都大学のヘリオトロンJ装置にIRVBの設置を進めた。IRVB用赤外線カメラとして、FLIR社製A655scを導入することで、従来の撮像速度の4倍の200 Hzでの計測が可能になった。また、赤外線カメラをコイル磁場から保護するとともに、ヘリオトロンJプラズマへの不整磁場の影響を抑えた磁気シールドの設計・製作を行った。さらに、薄膜検出器の大きさを従来の2.4倍の60 mm × 50 mmに大型化した。