Thermal and optical analyses of retro-reflector for poloidal polarimeter on ITER

ITERポロイダル偏光計のためのレトロリフレクターの熱及び光学解析

今澤 良太; 河野 康則; 小野 武博; 草間 義紀

Imazawa, Ryota; Kawano, Yasunori; Ono, Takehiro; Kusama, Yoshinori

ITERにおけるポロイダル偏光計測では、プラズマに入射したレーザー光を計測室に戻すために、真空容器内のブランケットモジュール(BM)にレトロリフレクター(RR)を設置する。プラズマからRRへの熱負荷が非常に大きいにもかかわらず、RR専用の冷却配管の設置は困難な状況にあり、BMへの熱伝導による受動的な冷却が計画されている。本研究では初めてRRにおける熱,静構造及び光学解析を統合的に行い、通常のRRとテラス型レトロリフレクターアレイ(TERRA)の2つのタイプについて、計測室に戻るレーザー光の光量,位相及び偏光角の変化を定量的に評価した。本研究では、BMを簡略化したステンレス鋼の構造体として模擬し、RRを冷却配管から10mmだけ離して設置した。その結果、通常のRRの場合、入射光パワーの69%の光パワーが計測室に戻り、その位相分布には rad程度のバラつきが、偏光角には0.06程度の変化が発生することを明らかにした。またTERRAの場合、入射光パワーの49%の光パワーが戻り、その位相分布には rad程度のバラつきが、偏光角には0.06程度の変化が発生することを明らかにした。以上より、RRに関する統合的な解析・評価手法を確立した。

This paper describes results from the first integrated analysis on the feasibility of a retro-reflector (RR) installed in the ITER vacuum vessel. We make thermal and structural analyses of passively-cooled RR and terrace retro-reflector array (TERRA) by using heat load conditions on ITER. In the case of RR, the temperature reaches over 600C, and the flatness of deformed mirror surface forming RR is approximately 80 m. Although the maximal displacement of mirror surface is large, 69% of the incident-laser power returns to a diagnostic room, disturbance of phase is and rotation angle of polarization plane is less than 0.06 . On the other hand, the temperature of TERRA is approximately 350C, and the flatness of the deformed mirror surface is less than 10 m. The flatness of the mirror surface of the deformed TERRA is much smaller than laser wavelength (118 m), but the global shape is curved to ruin the coherent phase of laser light. The curvature radius of TERRA is 21 m, and 49% of the incident-laser power returns to the diagnostic room, disturbance of phase is , and rotation angle of polarization plane is less than 0.06. Since the optimized incident angles of flat and curved TERRA are different, a real-time feedback control of the incident angle is necessary for applying TERRA to ITER poloidal polarimeter.