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High-repetition CO$$_{2}$$ laser for collective Thomson scattering diagnostic of $$alpha$$ particles in burning plasmas

燃焼プラズマにおけるアルファ粒子の協同トムソン散乱計測のための高繰返し炭酸ガスレーザー

近藤 貴; 林 利光; 河野 康則; 草間 義紀; 杉江 達夫; 三浦 幸俊; 小関 良治*; 河原 吉博*

Kondoh, Takashi; Hayashi, Toshimitsu; Kawano, Yasunori; Kusama, Yoshinori; Sugie, Tatsuo; Miura, Yukitoshi; Koseki, Ryoji*; Kawahara, Yoshihiro*

燃焼プラズマ中に閉じ込められた$$alpha$$粒子の診断法を確立するために、パルス炭酸ガスレーザーを用いた協同トムソン散乱(CTS)計測法を開発している。国際熱核融合実験炉(ITER)では、閉じ込められた$$alpha$$粒子の速度分布と空間分布の測定として、空間分解能をプラズマ小半径の1/10で、時間分解能を0.1sで計測することが要求されている。ITERの時間分解能の必要条件を満たし、S/N比を改善するために工業用レーザー(澁谷工業Co., Ltd (SEL4000))をもとに、新しいレーザー・システム(エネルギー10J以上,繰り返し10Hz)を開発した。レーザーは4mの長さの不安定共振器と、高繰返し運転のためにガスの熱交換器を有する放電電極部を持つ。この新しいレーザー・システムを用いてJT-60Uプラズマにて、CTS計測の原理実証実験を行う。

A collective Thomson scattering (CTS) technique based on a pulsed CO$$_{2}$$ laser is being developed in order to establish a diagnostic method of confined $$alpha$$-particles in burning plasmas. In International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), measurement of velocity and spatial distributions of confined $$alpha$$-particles requires temporal resolution of 0.1 s and spatial resolution of a/10, where a is plasma minor radius. A new laser system (Energy $$>$$10J, repetition 10Hz) has been developed based on a commercially available laser (Shibuya Kogyo Co., Ltd, SEL4000) to meet the requirement of temporal resolution of ITER and to improve a signal-to-noise ratio. The laser has unstable resonator with a cavity length of 4 m and discharge electrodes with heat exchanger of laser gas for high-repetition operation. Proof-of-principle test of the CTS technique will be performed with the new laser system on JT-60U (JAEA Tokamak 60 - Upgrade). This work was supported by Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas "Advanced Diagnostics for Burning Plasmas" from Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, No.16082210.

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