筑波大学技術報告
34 : 38 - 41 , 2014

GAMMA10 における周波数逓倍型干渉計の開発
嶋頼子a)

筑波大学研究推進部研究企画課(プラズマ研究センター)〒305-8577 茨城県つくば市天王台 1-1-1
y だけ離れたところに x 軸に平行にマイクロ波を入射させる。X1 から X2 に電磁波がプラズマ中を伝搬したことによる位相の変化量[1]  (y) は

概要
周波数逓倍器を用いた干渉計を製作し、GAMMA10 で使用している干渉計の更新を行った。
この干渉計の構成と、プラズマ実験での適用結果について述べる。

x2

 ( y)   (k0  k p )dx 
x12

x2

 x1(1  N )dxとあらわされる。ただし、k 0 は真空中の波数、k p はプラズマ中の波数である。入射電磁波の電場が外部磁場と平行（O-mode）に入射した場合の屈折率はキーワード：干渉計、プラズマ

１．はじめに11  pe 2 (r )  2  ne (r )  2
  1 N  1 2ncプラズマ研究センターでは磁場によるプラズマ閉じ込め装置 GAMMA10 により、プラズマ閉じ込めの実験を行っている。プラズマの電子密度の計測は、プラズマの状態を知る上で大変重要であり、常に安定した計測が求められている。GAMMA10 では、プラ ズ マの 電子 密 度を 計測 す る方 法と し て、 主に70GHz の電磁波をプローブ波とする干渉計を用いている。
しかしながら、高周波回路である為に測定が不安定になることが多く、システムの改良が常に行われてきた。本報告では、周波数逓倍器を用いた干渉計の開発について報告する。

(2)で与えられる。ただし  pe 2 は電子プラズマ周波数、  2 は入射波の周波数、 ne は x の位置での電子密度、nc  me 0  2 e 2 は屈折率が 0 となるときの密度でカットオフ密度と呼ばれている。ここで
 0 は真空中の誘電率、 m e は電子の質量、 e は電子の電荷である。プラズマの密度が入射波に対するカットオフ密度よりも十分小さいとき、 (y) は次式のようになる。

 ( y) ２．電子密度計測

k 0 x2ne ( r ) dx
2 nc x1(3)x2

 n (r )dx は電子密度を伝搬経路で積分したもの

2.1 干渉計

x1

プラズマの電子密度を測定する方法に、マイクロ波をプラズマ中に透過させてその位相の変化を計測する干渉法がある。マイクロ波を用いることの利点は、プラズマに非接触でプラズマの内部を乱すことなく測定できる点である。プラズマ研究センターでも密度計測には干渉計を使用している。
図 1 に干渉計の概念図を示す。プラズマ中を伝搬した透過波とプラズマ中を伝搬しない参照波との位相差から伝搬経路の密度の積分値を算出する。図 2は GAMMA10 の真空容器の全体図とセントラル部の断面を示している。プラズマ断面の中心から距離eで線密度という。干渉計では、この線密度を測定することが出来る。
電子密度の分布が軸対称であるとき、線密度の半径方向の分布を計測することにより、アーベル変換を用いて線密度  (y) から電子密度の分布を求めることができる。
xy

PLASMAcos(ωt)cosωt+Δφoscilator

directional
couplerphase detection
circuityΔφcos(ωt)

data processingsystemy

図 1. 干渉計の概念a)(1)

図 2. 干渉測定におけるプラズマ中の光路の幾何学的配置

E-mail: yoriko@prc.tsukuba.ac.jp; Tel: 029-853-7464

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2.2 GAMMA10 ࡟࠾ࡅࡿᖸ΅ィGAMMA10 ࡣᮾす࡟ 27 ࣓࣮ࢺࣝࡢ㛗࠸⿦⨨࡛ࠊྛ㒊ࡢ㟁Ꮚ⥺ᐦᗘィ ࡢⅭ 9 ࢝ᡤ࡟ᖸ΅ィࢆタ⨨ࡋ࡚࠸ࡿࠋࣉࣛࢬ࣐࡟ࡼࡿ఩┦ኚ໬ࢆ᳨ฟࡍࡿ᪉ἲ࡜ࡋ࡚ࡣࠊ
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Development of the Multiplied Interferometer System in the GAMMA10
Yoriko Shima
Plasma Research Center, University of Tsukuba,
1-1-1 Tennodai, Tsukuba, Ibaraki, 305-8577 Japan
Keywords: Interferometer, Plasma

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