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今澤 良太; 河野 康則; 小野 武博; 伊丹 潔
Review of Scientific Instruments, 87(1), p.013503_1 - 013503_7, 2016/01
被引用回数：5 パーセンタイル：26.82(Instruments & Instrumentation)ITERポロイダル偏光計のために回転波長板Stokes偏光計を開発した。本手法のための一般化された解析モデル及びFPGA(プログラマブルロジックデバイスの一種)に適した実時間解析アルゴリズムを提案する。一般化された解析モデルは、波長板の回転に同期した任意の現象を考慮できるため、波長板の位相遅延が一様で無くても高精度な測定が可能となる。可視光線を用い、波長板の品質が悪い条件で実験した結果、最大測定誤差及び確度はそれぞれ3.5%及び1.2%であった。このときの波長板の回転速度は20,000rpmであり、Stokesパラメタ-測定の時間分解能は3.3msである。また、解析にあたっては提案した解析アルゴリズムを使用した。次に、ソフトウェアエミュレーションによって、提案した解析アルゴリズムが実時間(時間分解の10ms)で測定可能であることを確認した。以上により、ITERポロイダル偏光計で目標としている、遠赤外光レーザーを用いた実時間高精度回転波長板Stokes偏光計の開発に見通しを得た。
今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔
Journal of Computational Physics, 292, p.208 - 214, 2015/07
被引用回数：6 パーセンタイル：40.23(Computer Science, Interdisciplinary Applications)本研究はプラズマ境界が固定された場合のプラズマ平衡を解く新しい手法を提案する。プラズマ境界が固定された場合のプラズマ平衡は固定境界問題と呼ばれ、同問題は有限要素法を用いて解くことが一般的である。しかしながら、有限要素法には微分量(磁場)のメッシュ間の不連続、メッシュ生成やメッシュと格子のマッピングなどの高精度化及び高速化に課題がある。本研究では、境界要素法を発展させたRBF-MFS法と放射基底関数で解を近似するKansa法に着目した。両方法はメッシュを使用しないためメッシュレス法と呼ばれ、上記の有限要素法の課題が回避可能である。本研究では、メッシュレス法を固定境界問題に適用する方法を考案し、有限要素法よりも高精度かつ高速にプラズマの平衡解を得られることを初めて示した。
今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔
プラズマ・核融合学会誌, 90(11), p.743 - 747, 2014/11
核燃焼プラズマのパラメータでは、従来のレーザー偏光法では考慮されていないファラデー効果とコットン・ムートン効果のカップリング及び相対論効果を考慮する必要がある。ITERの条件において、カップリング及び相対論効果がある場合でも、レーザー偏光法を用いて電流分布が誤差10%以内に再構築可能であることを示した。また、相対論効果がファラデー効果を弱める一方、コットン・ムートン効果を強めるという特性に着目し、レーザー偏光計測装置のデータ(偏光方位角と偏光楕円率角)から電流密度、電子密度及び電子温度の分布を再構築する手法を考案した。この手法は、少数の計測器で当該プラズマパラメータを得られることを示しており、DEMO炉をはじめ将来の核融合発電炉への適用が有望であると考えられる。
今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔
Proceedings of 25th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2014) (CD-ROM), 6 Pages, 2014/10
レーザー偏光法を用いて核燃焼プラズマの電流密度、電子密度、電子温度を同時に再構築することが可能であること及び総プラズマ電流を測定可能であることを明らかにした。また、ITERのレーザー偏光計測装置で想定されている計測精度に基づき、計測誤差が平衡再構築で得られる分布量の誤差に与える影響を評価した。計測視線数が15でレーザーの波長が1種類(119
m)の場合、再構築後の誤差は電流密度、電子密度、電子温度についてそれぞれ12%, 8.4%, 31%であった。誤差を低減する方法として、視線数を増やすことや波長の種類を増やすことが考えられる。波長の種類を増やす場合は、ファラデー効果とコットンムートン効果のカップリングの大きさが異なる波長を適切に選択することが重要である。例えば、15視線
3波長(57, 119, 171m)を用いると、誤差は3.8%, 3.9%, 22%に低減できることを明らかにした。上記の手法をプラズマ制御に適用する場合の課題が再構築に要する計算時間である。本研究では、メッシュレス法に着目し、グラッドシャフラノフ方程式を高速に解く手法を開発した。同一精度の解を得る場合、本手法は有限要素法よりも10
100倍程度高速であった。これらは、定常運転を想定した将来の核融合炉への適用が有望な手法である。
今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔; 草間 義紀
Nuclear Fusion, 54(1), p.013012_1 - 013012_8, 2014/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Fluids & Plasmas)本研究は、磁場閉じ込めプラズマの安定性に関連する指標である安全係数を高精度に算出する手法を提案する。安全係数は磁気面上での周回積分で定義されるが、この周回積分を計算する際の課題が二つあった。一つ目は計算格子点上のポロイダル磁束の情報(離散的な情報)から積分路となる等高値線(滑らかな曲線)を求めることであり、二つ目は特異点(被積分関数が無限大に、積分路が点に漸近)となる磁気軸での計算である。一つ目の課題を解決する方法として、磁場の情報を拘束条件とした補間方法を考案した。二つ目の課題を解決する方法として、磁気軸以外の安全係数の値から外挿する手法を考案した。安全係数の定義から、磁気軸において
(
は安全係数、
はプラズマ小半径)となることに利用した外挿を行う。以上の二つの解決方法を組み合わせることにより、高精度な安全係数分布の算出が可能となる。従来の手法と異なり、微小領域でのポロイダル磁束の線形性を仮定していないため、磁気軸付近であっても精度が低下しないという特徴を有している。
今澤 良太; 河野 康則; 草間 義紀
Review of Scientific Instruments, 83(12), p.123507_1 - 123507_5, 2012/12
被引用回数：4 パーセンタイル：21.83(Instruments & Instrumentation)本研究において、プラズマ偏光計測を用いて電流密度(
),電子密度(
)及び電子温度(
)の分布を同時に同定できることを初めて実証した。まず、相対論効果を考慮した変形ストークス方程式の近似解を導出し、偏光状態パラメータである方位角(
)と楕円率角(
)がとに対して異なる依存性を示すことを明らかにした。これに基づき、とからとの再構築を行う原理を考案した。この原理を用いて、中心電子密度が
で中心電子温度が5, 10, 20, 30keVのトカマクプラズマを想定し、平衡及び運動論的分布の再構築を行った。その結果、総プラズマ電流(
)が既知である場合と未知である場合の両者において、, 及びの分布の再構築に成功した。が未知である場合の分布の再構築は、偏光計測からが求まっており、定常運転に適用可能な新しい総プラズマ電流計測手法を開発したものといえる。
今澤 良太; 河野 康則; 草間 義紀
Plasma Physics and Controlled Fusion, 54(5), p.055005_1 - 055005_7, 2012/05
被引用回数：7 パーセンタイル：29.79(Physics, Fluids & Plasmas)We have transformed the Stokes equation to new equations written in the polarization ellipse parameters: orientation angle, 
, ellipticity angle, 
, auxiliary angle, and phase shift angle. The new equations enable us to easily and comprehensively understand change of the polarization ellipse in the plasma. We have obtained new approximate solutions of the transformed Stokes equation in order to connect the measured values of and to the plasma parameters (the electron density and the magnetic field). We have compared our solutions and the approximate solutions proposed by other groups. Our solutions are the most accurate in the condition of magnetic confinement fusion plasmas and need the fewest assumptions. The approximation errors of our solutions are less than 2% of the domain of each polarization parameter (
and 
) in up to the high electron density (7
10
m
) and the long laser-wavelength (170 m).
今澤 良太; 河野 康則; 草間 義紀
Nuclear Fusion, 51(11), p.113022_1 - 113022_8, 2011/11
被引用回数：24 パーセンタイル：68.78(Physics, Fluids & Plasmas)日本が調達するITERポロイダル偏光計測装置における計測精度を評価することを目的として、ITERの電流分布(q分布)を高精度に同定する手法を開発した。この手法は有限要素法を用いてMHD平衡を解き、遠赤外レーザー光の偏光計測値に合致するように最小二乗法を用いてq分布を同定する。高精度なq分布同定のためには、ストークス方程式において相対論効果を考慮すること、偏光したレーザー光のファラデー効果(方位角)に加えてコットンムートン効果(楕円率角)も測定することが重要であることを明らかにした。また、他の計測データに誤差がある場合に、ITERの要求精度である
以内でのq分布同定を行うためには及びをそれぞれ
及び
の精度で計測する必要があることを明らかにした。これにより、ITERポロイダル偏光計測装置の設計指針となる計測精度を評価することに成功した。
石川 正男; 河野 康則; 今澤 良太; 佐藤 聡; Vayakis, G.*; Bertalot, L.*; 谷塚 英一; 波多江 仰紀; 近藤 貴; 草間 義紀
Fusion Engineering and Design, 86(6-8), p.1286 - 1289, 2011/10
被引用回数：1 パーセンタイル：10.73(Nuclear Science & Technology)ITERにおいて日本が調達するポロイダル偏向計測装置の設計の一環として、中性子輸送モンテカルロコード(MCNP)を用いた中性子解析を行い、運転時における核発熱量を評価した。その結果、水平ポート内に設置される光学ミラーのうち、第2ミラーの核発熱量は、第1ミラーと同程度であることがわかった。これは、同一ポート内に周辺トムソン散乱計測システムやLIDARシステムが設置されることでポロイダル偏光計の光学系のスペースが制限されるために、十分な迷路構造をもった光路が確保できないことや、第2ミラーの設置位置がプラズマに近い場所に配置せざるを得ないことが原因と考えられる。一方で、水平ポート前面に設置されるブランケット遮蔽モジュールが十分な中性子遮蔽性能を有していれば、光学ミラーの核発熱量は効率的に低減できることがわかった。また、ポロイダル偏光計の光学ミラーが設置される上部ポートの上部に配置されるポロイダル磁場コイルの核発熱量を評価した。その結果、中性子遮蔽材が十分に設置された場合、コイルの核発熱量は上限値である1mW/ccに比べて2桁以上小さくなることがわかった。
今澤 良太; 河野 康則; 小野 武博; 草間 義紀
Plasma and Fusion Research (Internet), 6(Sp.1), p.2402032_1 - 2402032_5, 2011/08
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。
今澤 良太; 河野 康則; 小野 武博; 草間 義紀
Review of Scientific Instruments, 82(2), p.023116_1 - 023116_5, 2011/02
被引用回数：2 パーセンタイル：12.81(Instruments & Instrumentation)A new concept for a terrace retro-reflector array (TERRA) as part of the poloidal polarimeter for ITER is proposed in this paper. TERRA reflects a laser light even from a high incident angle in the direction of the incident-light path, while a conventional retro-reflector array can not. Besides, TERRA can be installed in a smaller space than a corner-cube retro-reflector. TERRA is equivalent to a Littrow grating in an optical sense, and the reflected light generates a bright and dark fringe. Conditions for the propagation of the bright fringe in the direction of the incident light have been obtained using the Littrow grating model and have been confirmed in a simulation. Finally, we have designed laser transmission optics using TERRA for the ITER poloidal polarimeter. The optical design obtains a high transmission efficiency, with 88.6% of the incident power returned. These results demonstrate the feasibility of applying TERRA to the ITER poloidal polarimeter.
今澤 良太; 河野 康則; 草間 義紀
no journal, ,
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返すために、真空容器内にレトロリフレクターを設置する。プラズマからレトロリフレクターへの熱負荷が核発熱5MW/m
及び輻射熱0.15MW/m
と非常に大きいにもかかわらず、レトロリフレクター用の冷却配管の設置は困難な状況にある。本発表では、(1)ブランケットモジュールの冷却配管付近の壁表面にレトロリフレクターを取り付けた場合と、(2)ブランケットモジュールを加工しレトロリフレクターを取り付けるソケットを水冷可能にした場合の熱,構造及び光学解析を行った。そして、(1)の場合はレトロリフレクターの冷却が十分に行えないこと、(2)の場合はミラー面の歪みが15m程度生じるもののレーザー(波長100m)の伝搬には問題がないことがわかった。
石川 正男; 河野 康則; 今澤 良太; 佐藤 聡; Vayakis, G.*; Bertalot, L.*; 谷塚 英一; 波多江 仰紀; 近藤 貴; 草間 義紀
no journal, ,
ITER計画において日本が調達するポロイダル偏光計測装置の光学ミラーの核発熱量を、中性子モンテカルロコード(MCNP)を用いた中性子輸送解析を行って評価した。その結果、水平ポート内に設置される光学ミラーのうち、第2ミラーの核発熱量は第1ミラーと同程度であることがわかった。これは、同一ポート内に周辺トムソン散乱計測システムやLIDARシステムが設置されることでポロイダル偏光計の光学系の設置空間が制限されるために、十分な迷路構造を持った光路が確保できないことや、ミラーのサイズを小さくするために第2ミラーの設置位置がプラズマに近い場所に配置されていることが原因と考えられる。一方で、水平ポート前面に設置されるブランケット遮蔽モジュール(BSM)が十分な中性子遮蔽性能を有していれば、光学ミラーの核発熱量は効率的に低減できることがわかった。また、上部ポート内に設置される第1ミラーの核発熱量は、BSMがあってもストリーミング中性子の影響により高くなるが、入射レーザービームの径を小さくすることで核発熱量を低減できることを示した。
河野 康則; 石川 正男; 佐藤 和義; 今澤 良太; 草間 義紀; 林 利光; 小野 武博; 海老澤 克之*; 若林 邦朗*; 平松 美帆*; et al.
no journal, ,
On the ITER project, Japan will procure the poloidal polarimeter for the measurement of plasma current profile at the core region of ITER plasmas. For the measurement, change in polarimetric properties of probing laser beams that pass through the plasma is detected. At this meeting, progress in the design of the poloidal polarimeter is presented including following key topics. (1) Arrangements of plasma-facing first-mirrors and second mirrors in the upper and the equatorial port plugs are investigated. An initial result from thermal analysis for the first mirror is also shown. (2) The design of the retro-reflector is updated with investigation of its practical procedures of fabrication and installation. The retro-reflectors are installed at the blanket modules and the divertor cassette to reflect back the probing laser beams to the diagnostic hall.
今澤 良太; 河野 康則
no journal, ,
国際トカマク物理活動の計測トピカルグループにおける最重要検討課題の一つである「プラズマ立ち上げ時の計測性能の評価」に関連して、日本が調達するITERポロイダル偏光計測装置を用いた電流分布(q分布)計測の性能について検討を進めており、その状況を報告する。新たに開発したq分布同定コードを用いて、まず標準運転シナリオ及び非誘導運転シナリオにおける電流フラットトップ(燃焼開始時)のq分布同定を行った。その結果、水平ポート及び上部ポートからの計測視線の両方を用いる場合、偏光パラメータである方位角及び楕円率角をそれぞれ及びの精度で計測できれば、q分布の同定誤差がITERの要求精度である
5%以内となることを明らかにした。また、水平ポートからの視線のみを用いた場合でも、標準運転シナリオに対しては上記と同様の測定精度でq分布の要求精度を満足することを明らかにした。今後、この手法を用いてプラズマ立ち上げ時におけるq分布の同定精度について検討・評価を行う予定である。
草間 義紀; 近藤 貴; 石川 正男; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 林 利光; 小野 武博; 河野 康則; 今澤 良太; 小川 宏明; et al.
no journal, ,
ITER計画において我が国が調達を担当する6つの計測装置(マイクロフィッションチェンバー,周辺トムソン散乱計測装置,ポロイダル偏光計,ダイバータ不純物モニター,ダイバータ熱電対,ダイバータ赤外サーモグラフィー)の開発並びに計測装置設計に不可欠な中性子輸送解析,上部計測ポートプラグ設計の進展について報告する。
今澤 良太; 河野 康則; 草間 義紀
no journal, ,
国際トカマク物理活動の計測トピカルグループにおける最重要課題「プラズマ立ち上げ時の計測性能の評価」及び検討項目「視線減少時の計測性能の評価」に関連して、日本が調達するITERポロイダル偏光計測装置を用いた電流分布(分布)計測の性能について検討を行った。その結果、発表者らが開発した分布同定コードを用いて、標準的な視線数15本の場合でのプラズマ立ち上げ時の分布同定誤差を評価し、ITERの要求精度である
を満足できることを明らかにした。また、
及び
に対応する磁気面位置の同定に関しても、ITERの要求精度である
mmを満たす見通しを得た。さらに燃焼開始時を対象として、視線数が15本から9本の範囲で減少した場合において、標準運転シナリオ及び非誘導運転シナリオでの分布同定誤差を評価し、上記の要求精度を満たす見通しを得た。
河野 康則; 近藤 貴; 石川 正男; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 今澤 良太; 小川 宏明; 杉江 達夫; 竹内 正樹; 佐藤 和義; et al.
no journal, ,
ITER計画において日本が調達する6つの計測装置の開発について進展を報告する。主な内容は以下の通り。(1)マイクロフィッションチェンバー:MIケーブルの真空フィードスルー部の試作を行い、真空リーク量はITERの要求を満足することを確認した。(2)周辺トムソン散乱計測装置:真空容器内のレーザービームダンプ及びポートプラグ内光学機器の設計を進めるとともに、電子温度の非等方性を診断するための新しい測定法を提案した。(3)ポロイダル偏光計:プラズマ立ち上げ時及びプラズマ燃焼時における電流分布計測精度を評価し、ITERの計測要求を満足するために必要な偏光計測精度を明らかにした。(4)ダイバータ不純物モニター:水平ポート光学系について、出射瞳径を大きくするとともに、耐放射線性の高い色消しレンズを採用した設計を行い、期待できる検出光量を従来より16倍増加させた。(5)ダイバータ熱電対:外側ダイバータターゲット側面への熱電対の固定方法に関する試作試験を開始した。(6)ダイバータIRサーモグラフィー:観測ポートが、従来のダイバータポートから水平ポートに変更されることに対応し、解決すべき課題の整理を行うとともに、概念設計を開始した。
今澤 良太; 河野 康則; 草間 義紀
no journal, ,
偏光計測は磁場と電子密度を計測する手段としてトカマク装置で用いられてきた。ファラデー効果が偏光楕円を回転させ、コットンムートン効果が楕円率を変化させるというのが最も基本的な物理的描像であり、ファラデー効果の公式を用いてレーザー光路と平行な磁場成分と電子密度の情報を、コットンムートン効果の公式を用いてレーザー光路と垂直な磁場成分と電子密度の情報を得ることができる。しかしながら、ITERのプラズマのような電子密度の高いプラズマでは両効果が互いに相互作用するため、従来の公式は成立せず、偏光状態の変化を正確に把握するにはストークス方程式を解く必要がある。幾つかの近似解がこれまで提案されてきたが、高密度領域で適用可能な近似解はなかった。そこで、本研究ではストークス方程式と等価でかつ偏光楕円パラメータで記述された方程式を独自に導くことにより、新たな近似解を得ることに成功した。われわれの近似解は他の近似解よりも仮定が少ないためその適用範囲が広いことが特徴であり、高密度(
)かつ長レーザー波長(
)の領域で他の近似解よりも高精度であることを確認した。
河野 康則; 今澤 良太; 小野 武博; 石川 正男; 林 利光; 佐藤 和義; 草間 義紀; 海老澤 克之*; 若林 邦朗*; 勝又 孝仁*
no journal, ,
ITER計画において日本が調達するポロイダル偏光計は、遠赤外レーザー光のファラデー回転角測定に基づきプラズマ中心部の電流分布を計測する装置である。本講演では、ポロイダル偏光計の機械設計の進展について報告する。主な内容は以下の通り。(1)水平ポートプラグ内ミラーモジュールの設計:レーザー光の光軸の安定化及びレーザー光の反射特性の維持を目的として、ITER運転時の核発熱に起因したプラズマ対向ミラー(第一ミラー及び第二ミラー)の熱変形を低減できるよう、ミラーとミラー支持構造体を一体化したミラーモジュール方式を考案・設計し、熱機械解析・電磁力解析を通してその妥当性を確認した。(2)上部ポートプラグ内ミラーモジュールの設計:ミラーの熱変形を低減できるよう、新たに第三ミラーを採用してミラーモジュールの構造を見直すとともに、冷却配管設計の改善を行った。(3)シャッターの設計:シャッター板開閉のための回転駆動部に、バネとして機能するスパイラル状の冷却配管を採用した。これにより、可動シャッター板への冷却配管経路を確保するとともに、ITERの指針である開閉駆動源が失われた場合にはシャッターを開とする設計が得られた。
