Imaging bolometers for steady state fusion experiments

定常核融合実験用イメージングボロメータ

Peterson, B. J.*; Seo, D. C.*; 木島 滋; 川島 寿人; 芦川 直子*; Parchamy, H.*; Liu, Y.*

Peterson, B. J.*; Seo, D. C.*; Konoshima, Shigeru; Kawashima, Hisato; Ashikawa, Naoko*; Parchamy, H.*; Liu, Y.*

従来から放射損失測定に用いられている抵抗型ボロメータは、長時間運転時には検出器の周囲温度変化に伴う信号ドリフトが問題になる。また多数の接続端子も温度変化の影響を受ける。定常核融合実験や核融合炉への適用にあたってはこれら課題の解決が必要である。他方、赤外イメージング・ビデオ・ボロメータ(IRVB)は大きな温度変化に対応でき、定常運転に適している。IRVBでは、プラズマ放射を薄膜の前面で受光・吸収し、加熱された薄膜の放射する赤外光を背面から赤外カメラで計測する。薄膜の温度は外枠温度に対する変化分として測定され、信号ドリフトは生じない。また使用する材料は高融点金属であり、電気信号の接続端子も必要としないため、大きな温度上昇に対応可能である。これまでLHDやJT-60Uで試験され、薄膜の較正方法やトモグラフィー処理法も開発した。JT-60Uでは、準接線方向の視野を持つ1台のIRVBで得られるトカマクプラズマの放射分布画像から、トロイダル対称性を仮定することによって放射パワー密度のポロイダル断面分布を得ている。現在KSTAR用IRVBの設計を行っており、JT-60SAにもIRVBを用いる予定である。

Resistive bolometers have problems with signal drift due to the uncompensated change in the background temperature of the detector. The electrical connections are susceptible to large changes in temperature. These characteristics render them ill suited for the application to steady-state fusion experiments. InfraRed imaging Video Bolometers (IRVB), on the other hand, are suited to steady state operation. The radiation is absorbed by the front surface of a thin foil and measured with an infrared camera. Temperature difference is taken with respect to the surrounding frame and no drift in the signal occurs. The materials are all metals and there are no electrical connections. IRVBs have been operated in LHD and JT-60U and are under design for KSTAR and planned for JT-60SA. Foil calibration and tomography techniques have been developed to provide poloidal profiles of the radiation emissivity.