Compact antenna for two-dimensional beam scan in the JT-60U electron cyclotron heating/current drive system

JT-60U電子サイクロトロン加熱装置用2次元ビームスキャンアンテナ

森山 伸一; 梶原 健*; 高橋 幸司; 春日井 敦; 関 正美; 池田 佳隆; 藤井 常幸; JT-60チーム

Moriyama, Shinichi; Kajiwara, Ken*; Takahashi, Koji; Kasugai, Atsushi; Seki, Masami; Ikeda, Yoshitaka; Fujii, Tsuneyuki; JT-60 Team

JT-60Uにおいて、電子サイクロトロン周波数帯(ECRF)での加熱・電流駆動実験を行うことを目的とするECRF装置用の新しいアンテナを設計製作した。プラズマにミリ波ビームを入射する際、旧型のアンテナでは1方向のみのスキャンが可能であったが、新アンテナはトロイダル,ポロイダルの両方向にビームスキャンが可能である。ポロイダルスキャンでは電流駆動の位置を制御し、トロイダルスキャンでは駆動電流の方向を制御することができるため、実験の自由度を飛躍的に向上させることができる。真空容器に支持された可動平面鏡と、真空容器外から支持された導波管先端に取り付けた回転式焦点鏡の組合せによって2次元のビームスキャンを可能にした。あえて二つの鏡を分離して支持することで、設計の自由度を確保し、非常に浅いポートの限られた空間(20cm54cm20cm)で、最大限のスキャン角度範囲を実現した。平面鏡は3mの長尺ドライブシャフトを介してサーボモーター駆動し、焦点鏡はエアシリンダーで駆動することで、JT-60Uの強磁場環境下での動作を可能にした。焦点鏡ベアリングに関する小改造を行って以降、3年間実験に使用して、信頼性の高い動作を実証した。電流分布制御をはじめとするECRF加熱・電流駆動実験に貢献している。

A compact antenna has been designed and fabricated to enable millimeter wave beam scan in the toroidal and the poloidal directions of the JT-60U Tokamak, for electron cyclotron heating (ECH) and current drive (ECCD) experiments. It consists of fast movable flat mirror mounted on the Tokamak vacuum vessel, and rotary focusing mirror attached at the end of the waveguide supported from outside of the vacuum vessel. This separate support concept enables compact structure in the shallow port (0.68 m 0.54 m 0.2m) sharing with a sub-port for an independent diagnostic system. The flat mirror is driven during a shot by a servo-motor with a 3 m long drive shaft to refuse influence of the high magnetic field to the motor. The focusing mirror is rotated by a simple mechanism with a push rod and an air cylinder. The antenna has been operated reliably for 3 years after small improvement in the rotary mechanism. It has been contributing ECH and ECCD experiments especially current profile control, in JT-60U.