CO laser collective Thomson scattering diagnostic of -particles in burning plasmas

燃焼プラズマのCOレーザー協同トムソン散乱粒子計測

近藤 貴; 林 利光; 河野 康則; 草間 義紀; 杉江 達夫; 平田 真史*; 三浦 幸俊

Kondoh, Takashi; Hayashi, Toshimitsu; Kawano, Yasunori; Kusama, Yoshinori; Sugie, Tatsuo; Hirata, Mafumi*; Miura, Yukitoshi

国際熱核融合実験炉(ITER)等の燃焼プラズマにおける核融合生成粒子の診断は、粒子のプラズマ加熱と不安定性の励起への寄与の理解に必要であり、燃焼プラズマの実現にとって重要である。しかしその有効な測定方法は確立されていない。そこで、二酸化炭素(CO)レーザー(波長10.6m)を用いた協同トムソン散乱(CTS)計測を開発している。COレーザーを用いたCTS計測は、レーザーのプラズマ中での屈折が小さく、プラズマ中のレーザー光の追跡が容易であるという特徴がある。CTS計測を実現させるために、高繰り返し横方向励起大気圧(TEA)炭酸ガスレーザーを開発した。CTS計測のために必要となる単一モード出力を得るために、不安定共振器を構成し、単一モードの種レーザーを入射した。これにより、10Hz周期で出力エネルギー10Jの単一モードレーザーを実現した。また、安定型共振器の構成では36Jの最大出力エネルギーが得られた。今後このレーザーを用いて、JT-60UトカマクにおいてCTS計測の原理実証試験を行う。また、CTS計測のタンデムミラー装置への応用について述べる。

A diagnostic of fusion-generated -particles is important for the understanding of their contribution to plasma heating and plasma instabilities in burning plasmas. However, an effective measurement method has not yet been established. In International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), measurement of velocity and spatial distributions of confined -particles requires temporal resolution of 0.1 s and spatial resolution of a/10, where a is the plasma minor radius of ITER. A collective Thomson scattering (CTS) diagnostic for the measurement of particles is being developed using carbon dioxide (CO) lasers. The CTS based on the CO laser (wavelength 10.6 m) has an advantage of small plasma refraction, simplifying the tracking of the scattered radiation. To realize the CTS diagnostic, a high-repetition Transversely Excited Atmospheric (TEA) CO laser is being developed. The laser was designed based on a commercially available laser, TEA CO marking laser. Maximum output energy of 36 J has been obtained with a cavity configuration of stable resonator. In order to obtain single-mode output, which is needed for CTS diagnostic, seed laser is injected to the cavity with unstable resonator. Using this technique, output energy of 10 J at a frequency of 10 Hz has been achieved with single-mode output. Proof-of-principle test will be performed with the improved laser system on the JT-60U tokamak. In this paper, we will describe development of the new TEA laser system, measurement results of the CTS on the JT-60U tokamak. Application of the CTS diagnostic to the mirror systems will be also described.