ITER周辺トムソン散乱計測装置用高レーザー耐力ビームダンプの開発

Development of high energy laser resistance beam dump for the ITER Edge Thomson Scattering

谷塚 英一; 波多江 仰紀; 竹山 茂治; Bassan, M.*; Vayakis, G.*; Walsh, M.*; 伊丹 潔

Yatsuka, Eiichi; Hatae, Takaki; Takeyama, Shigeharu; Bassan, M.*; Vayakis, G.*; Walsh, M.*; Itami, Kiyoshi

ITERでは、20年に渡る実験期間中に、5Jのレーザーを10パルス程度入射する。従来方式のビームダンプでは、単位面積当たりの入射レーザーエネルギーが高く、損傷が生じることが懸念されていた。損傷箇所にレーザーを入射し続けると、迷光の増加により測定精度が悪化し、最悪の場合、測定不能となる。原子力機構では、吸収率の低いS偏光のレーザービームを多数回反射させることによって徐々にビームエネルギーを吸収するビームダンプを考案し、形状の改良を重ねてきた。その結果、従来型では10回(100秒)程度のレーザーパルス入射で損傷が生じると見積もられるのに対し、「くの字」型に曲げた板を多数平行に並べる新方式では、10回程度の入射に耐えられる見通しを得た。このような大幅な長寿命化設計の妥当性を確認するため、ビームダンプの材料であるモリブデン試料に対するレーザー耐力試験を行った。損傷が生じるまでの入射パルス数は、入射角及び偏光に依存し、設計時の想定通り、ビームエネルギーの吸収密度でほぼ決まっていることを確認した。さらに、ビームダンプを形成する屈曲板とシムを交互に重ねて拡散接合することにより、設計通りの形状で製作できることも分かった。

In ITER, 10 pulses of 5-J laser will be injected during its operation for 20 years. It was concerned that the surface damage was induced due to high incident laser energy density if conventional beam dump would be used. JAEA has proposed and modified the detailed shape of a new type beam dump in which the laser energy is reflected numerous times and absorbed gradually due to low absorptance of the S-polarized light. The new type beam dump withstands 10 pulses injection while conventional beam dump withstands 10 pulses (100 seconds) injection. In order to verify this design for drastically extending the beam dump life time, laser resistance test for molybdenum that is the beam dump material was carried out. As expected in design, beam energy absorption density is dominant factor for laser induced damage. Moreover, it was confirmed that interlaminating the bent sheets and shims and their diffuse bonding enable to manufacture complicated shape of the beam dump as designed.