Design study of the optical system in the port plug for edge Thomson scattering diagnostics for ITER

ITER周辺トムソン散乱計測用光学系の設計研究

梶田 信; 波多江 仰紀; 勝沼 淳*; 草間 義紀

Kajita, Shin; Hatae, Takaki; Katsunuma, Atsushi*; Kusama, Yoshinori

ITER周辺トムソン散乱計測装置において、ポートプラグに設置する光学系の設計研究を行った。設計に際しては、核融合反応により発生する中性子や線など、放射線によって使用可能な光学部品が制限される。プラズマ近傍の先端部光学系では金属ミラーのみ使用可能であり、光学ファイバーは先端部光学系から距離を離して設置される真空窓の外でのみ使用可能となる。本設計研究においては、先端部光学系に三枚の金属ミラーを用い、その後リレー光学系でポート外部へとイメージを伝送する構成とした。ファイバー結合光学系においては、反射方式や屈折方式では十分な性能を得ることができないことが明らかになった。色収差を補正し、かつファイバーの結合特性を向上させるために、反射方式と屈折方式の利点を合わせたカタディオプトリック方式を用いた二つの光学系を設計し、両者のスペックと性能の比較を行った。スポットダイアグラムなどの結果から、カタディオプトリック方式の光学系における結像性能を議論する。

The design of the collection optics for edge Thomson scattering diagnostics for ITER is provided. Since the neutron and ray radiation fluxes generated by the nuclear fusion reaction are considerably high near the plasma in ITER, available optical components are limited. Near the plasma, namely in the front-end optics, only metal mirrors can be used; moreover, optical fiber may be used only outside the vacuum window, which is located far from the front-end optics. In this design, three metal mirrors are used for the front-end optics, and the light ray is transmitted in the slender port plug through a relay optical system. To compensate the aberrations and increase the coupling efficiency to the fibers, two types of optical system with Catadioptric system are proposed for fiber-coupling optical system. It has been revealed that refraction type and reflection type system are not adequate for the fiber-coupling optical system. The image qualities are discussed based on the spot diagram and so on for the Catadioptric optical system.