平成２５年度筑波大学プラズマ研究センター・シンポジューム	  2013.8.29-­‐30	  つくばサイエンスインフォメーションセン
タ－大会議室	

GAMMA	  10における揺動抑制実験とThomson散乱計測の進展	
筑波大学プラズマ研究センター 吉川正志	

1. はじめに	  2. GAMMA	  10における揺動抑制実験	  3. Thomson散乱計測システムの進展	

1. はじめに	•

磁場閉じ込め装置に普遍的に重要なHモード・内部輸送障壁（ITB）などの閉じ込め改善の鍵の一つである「プラズマ中に生成される電位・電場によるプラズマ輸送改善」に重点を置き研究を進めている。	  

•電子サイクロトロン加熱（ECH）による軸方向閉じ込め電位生成時にドリフト型揺動が抑制されていることがわかっている。この抑制に関して詳細に調べ、電位・電場による揺動の抑制機構について調べることを目的としている。	  

•金中性粒子ビームプローブ（ＧＮＢＰ）を使用した電位の２点同時計測による電位、電場計測と電位・密度揺動におけるドリフト型揺動の抑制と揺動に起因した径方向粒子束の解析結果。	  

•エンドプレート電位の揺動計測と合わせてコアプラズマからエンド部にわたる揺動の相関について調べた。	  

•Thomson散乱計測システムによる電子温度、密度計測と散乱信号倍増のためのマルチパス・システムについて報告する。	

2.	  GAMMA	  10における揺動抑制
実験	1.	  GAMMA	  10	  2.	  揺動抑制実験	  3.	  エンドプレート電位との相関	

2-1. Experimental apparatus GAMMA 10 tandem
mirror	GNBP	
Thomson	ne	  ~	  2	  x	  1012	  cm-­‐3	  Te	  ~	  80	  eV	  Ti	  ~	  5	  keV	End	  plate	Gold	  neutral	  beam	  probe	  (GNBP)	
ΔI / I ≅ Δne / ne
ΔE ≅ φSlit distanceand width
are 37 mm
and 0.7 mm.	

Current and novel slits

Beam: Au neutral
Energy: 11.783 keV
Beam radius: 0.5 cm
Beam current: 2 µA	

• 空間２点の電位・電場、電位揺動、密度揺動を同時計測する。	

End plate system	#5#4#3#2#11.111 MΩGAMMA 10エンド部の電位を計測できる。	

2-2. Fluctuation
measurement experiments	
Diamagnetism and line
density	Two point potential
measurements	
140.8

3B-ECH
P-ECH

2
10.60.4

Line density

0.2

Diamagnetism

050100150
Time [ ms ]0200

R ~ 1 cm
R ~ 2 cm
400

Potential [ V/cm ]5Diamagnetism [ x 10-4 Wb ]Line density [ x 1017 m-2 ]

500

300

200100050100150Time [ ms ]200

Potential and radial electric field
profiles	
Radial potential profile byGNBP	
500(a)

30Electric Filed [ V/cm ]Potential [ V ]4003002001000Radial electric filed profile	

0w/o ECH
with ECH
246810Radius [ cm ]1214(b)w/o ECH
with ECH

20100-10-20-3002468101214Radius [ cm ]２点同時計測によるECH印加と印加無の径方向電位・電場の計測結果を示す。
ECH印加によりプラズマ中心部で電位が上昇し、電場も負から正へと変化する。

2-3. Potential and electric field
fluctuation radial profile	Potential Fluctuation Level [ Rel. units ]Radial potential fluctuation	
0.07

Radial electric field
fluctuation	

w/o ECHwith ECH

0.060.05
0.04
0.030.020.01002468 10
Radius [ cm ]1214

電位の２点同時計測による電位揺動・電場揺動の径方向分布測定結果を示す。 10 kHz、モード数2の反磁性ドリフト型の電位揺動強度は、ECH印加によって大きく抑制される。
電場揺動は、コヒーレントな揺動は見られないがECH印加によって抑制されている。

2-4. Radial particle flux relatedvalue	
Radial particle flux 	
•

0.3

•

0.2

0.1

050

100150200

Time [ ms ]Ion sensitive probe (ISP) [ Arb. units ]Radial particle flux [ Arb. units ]0.4

R ~ 6 cmR ~ 7 cm

２点同時計測による径方向粒子束計算結果を示す。
ECH印加時は、径方向粒子束は減少している。
ISPとELIAによる結果からも径方向、軸方向閉じ込めが改善されていることが示唆される。

4321050

γ nφ : Coherence~

I : Density _ Fluctuation _ Level~~Γr ≈ γ nφ ( I / I )φ sin α nφ φ~ : Potential _ FLuctuation _ Levelsin α nφ : Phase _ Difference

25End loss ion current [ Rel. units ]•0.5100150
Time [ ms ]

200

1.5

10.5050100150

Time [ ms ]200

2-5. End plate fluctuation
measurements	
Coherence between centraland end potentials	

Radial profile of thecoherences	
10.80.60.40.2

セントラル部電位とエンド部電位の揺動の相関を取ったところ、10 kHz近傍の強い相間が観測された。	

End Plate #10024#26#3810#41214

Radius [ cm ]ECH印加前のエンド部の電位揺動を調べることでコア部プラズマの電位揺動を調べることができる。	

ECH印加前のセントラル部電位とエンド部電位の揺動の相関の径方向分布をとった
ところ、どの位置でも非常に強い相間が見られた。	

2-­‐5.まとめ	• ECH印加による閉じ込め電位形成時のドリフト型揺動の抑制や、ドリフト型揺動による径方向粒子輸送について、空間２点同時計測可能な新GNBPと高速エンドプレート電位計測を用いてコアプラズマからエンド部の揺動について調べた。
• 新GNBPによって１ショットで電場、電場揺動を調べることが可能となった。
• コアプラズマとエンド部で観測されたドリフト型揺動には強い相関があり、ECH印加によって電位揺動が抑制されており、軸方向と径方向の粒子閉じ込めも改善されていることが分かった。
• コアからエンド部にわたる電位揺動と電場の関係についてより詳しく調べることが可能となった。
• 今後、電位・電場、揺動についてそれぞれの相関を調べ、ドリフト型揺度についてより詳しく調べていく。

3.	  ＧＡＭＭＡ１０におけるThomson散乱計測の進展	
1. 空間3点同時計測	  2. QDCを用いた信号計測	  3. マルチパスThomson散乱計測シス
テム	

3-1.同時3点計測	  これまで空間１点の電子温度、密度計測が可能であったが、新しくポリクロメーターを2台導入し、プラズマ1ショットで空間3点同時計測を可能とした。	

3-2. 高速QDCを用いた測定	Te	  =	  62	  eV	#225270	
t=110ms	
計測位置X=-5cm	
高速QDC(CAEN	  V792)を用いて、トムソン散乱の5チャンネルの信号を測定した。その結果、Te	  =	  62eVを得た。しかし、バックグラウンドのノイズが大きいため、より調整が必要である。	

3-­‐3.	  MulQ-­‐pass	  Thomson	  scaRering	  system	
To polychromator

偏光制御と像転送を用いた新型マル
チパス・システムを構築した。	  
Mirror
本年度新たにCavity
Irisを導入し、ビームの調整を行った結果、パス数の増加が確認できた。	
2 PassLens

Collection optics
Lens Iris Mirror

f = 2000

f = 2000

ミラー	
アイリス	
レンズ	

Lens
f = 750
CavityLens
f = 750
1 PassPolarizer
Faraday rotator
Polarizer Short pass mirror
λ/2 plate

Iris

Iris
MirrorMirror3 pass
Pockels cellBeamdump

MirrorMirror
YAG laser
He-Ne laser

射出ポート	

MulQ-­‐pass	  scaRering	Rayleigh scattering signal	

0.1

Raman scattering Multi-pass full power
Ch2 V

Ch. 2 output [ V ]0.08

1	2	0.06

3	4	0.04
0.02

5	 6	7 8	9	10	0-0.02
5200

黄色ラインはRayleigh散乱信号を示し、8パスまでが確認された。しかし、信号強度及び迷光の除去のための調整が必要である。	

5250

5300

5350

5400

5450

5500

Time [ ns ]これまで、MulQ-­‐passでは、Rayleigh散乱のYAGレーザー入射パワーを通常の1/1000で入射しての測定までであったが、フルパワーの16.44	  Wで入射してRaman散乱信号を得た。（175	  Torr)それぞれのパスに対応する信号が測定されていることがわかる。また、8パス以上も観測された。	

MulQ-­‐pass	  scaReringのパス数による出力変化	
Multi-pass Raman scattering signals
0.1
Ch. 2
Ch. 3

Output [ V ]

0.08

0.06

0.04

0.02

05200

5250

5300

5350

5400

5450

Integrated intensity [ Arb. units ]43.5
32.521.5
10.50246810Time [ ns ]Pass number [ # ]Raman散乱出力のピーク値	

積分値出力のパス数による変化	

マルチパス・システムにより、1パスの場合の信号積分値の約3.5倍の信号強度が8パスで得られた。	

3-­‐4.	  まとめ	• 電子温度、電子密度の空間3点同時計測が可能となった。	  
• 多点、多時刻同時計測のための新しいQDCの構築を行った。	  
• 昨年度まで6パスまでのマルチパス・システムであったが、8パス以上の確認ができた。	  
• 現在、5台のポリクロメータがあるので空間5点同時計測を可能としていく。	  
• マルチパス・システムをプラズマに適用して、散乱信号を測定する。	  
• 揺動抑制実験においては、電子温度、密度分布の変化と揺動強度分布との比較を進めて、分布の変化と揺動の分布との相関、電位分布の変化について調べていく。