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論文

Research and development of imaging bolometers

Peterson, B. J.*; 木島 滋; Kostryukov, A. Y.*; Seo, D. C.*; Liu, Y.*; Miroshnikov, I. V.*; 芦川 直子*; Parchamy, H.*; 川島 寿人; 岩間 尚文*; et al.

Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1018_1 - S1018_4, 2007/11

イメージングボロメータの核融合炉への適用性展望と開発研究の概要を報告する。磁場閉じ込めの高温プラズマが放射や中性粒子を通じて失う損失パワーの測定は、これまで伝統的に1次元に配列した抵抗型ボロメータを用いて行われてきた。抵抗型ボロメータは、プラズマ放射を受けて変化した吸収薄膜の温度を抵抗線の抵抗値の温度依存性を利用して電気的に検出する方法である。多数の信号線を必要とする抵抗型ボロメータの場合、真空境界での取り合いや容器内の接続部で接触不良を生じる恐れのあることが核融合炉レベルの中性子照射試験により明らかとなった。一方、赤外イメージングボロメータは、金属吸収薄膜の放出する赤外放射を真空窓を経て中性子遮蔽の外まで信号を伝送する。抵抗型ボロメータ数百チャンネル分に相当する画像測定が可能で、将来の代替計測として期待される測定法である。核融合炉環境下での有効性を実証するためにイメージングボロメータを試作してJT-60Uトカマクに設置した。JT-60Uプラズマ放射の映像データと併せて核融合炉計測としての開発計画を示す。また、較正方法,トモグラフィー処理,新しい薄膜の開発やその他の応用などについても述べる。

論文

Application of tomographic imaging to multi-pixel bolometric measurements

Liu, Y.*; 田村 直樹*; Peterson, B. J.*; 岩間 尚文*; 木島 滋; LHD実験グループ*; JT-60実験チーム

Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1124_1 - S1124_4, 2007/11

最小限の仮定でできるだけ多くの情報を得るため、ここで述べる多素子2次元データの解析では線形のTikhonov-Phillips法と非線形の最大エントロピー法の2種類の拘束条件をトモグラフィーアルゴリズムの改善策として用いた。これらの方法は平滑化により対称性を仮定せずに少数データの放射分布再構成ができる特徴を持っている。さらに今回のような接線計測においては視線に沿う強度の変化が特に大きいため、視線の幅も考慮して視野の3次元構造を厳密に取扱った。これまで模擬放射分布を使ってアルゴリズムの試験を行った。核融合科学研究所のLHDでの2台の軟X線素子カメラによる測定と日本原子力研究開発機構のJT-60Uでの赤外イメージングボロメータカメラによる測定データについて行ったトモグラフィー解析の結果を報告する。

論文

Feasibility of electron density measurement using relativistic downshift frequency effect of electron cyclotron emission in tokamak plasmas

佐藤 正泰; 諫山 明彦; 岩間 尚文*; 川端 一男*

Japanese Journal of Applied Physics, Part 2, 44(21), p.L672 - L675, 2005/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:4.87(Physics, Applied)

高温プラズマにおける電子サイクロトロン放射(ECE)の相対論的効果を明らかにするために、数値計算を行っている。磁場閉じ込め装置トカマクにおいて、通常ECEは電子温度の測定に用いられるが、ここでは相対論的効果を用いて電子密度を測定する可能性について調べた。ECEを強磁場側から観測した場合、電子サイクロトロン周波数(EC周波数)が相対論的効果により低い周波数側へ大きくシフトし、非相対論的EC周波数からのずれが大きくなる。数値計算によれば、この周波数のずれは電子温度にほぼ単調に比例し、かつ電子密度に依存する。この依存性を用いて電子密度を測定することが可能である。

論文

Relativistic downshift frequency effects on ECE measurements of electron temperature and density in torus plasmas

佐藤 正泰; 諫山 明彦; 稲垣 滋*; 長山 好夫*; 川端 一男*; 岩間 尚文*

Europhysics Conference Abstracts (CD-ROM), 29C, 4 Pages, 2005/00

磁場閉じ込めトーラス装置(トカマク,LHD)の高温プラズマにおける電子サイクロトロン放射(ECE)の相対論的効果について、数値計算を行った。トカマクにおいて、相対論的効果による非相対論的EC周波数からのずれを用いた電子密度分布測定を提案している。種々の密度分布に対してこの方法が適用可能であることを明らかにした。また、LHD装置のECE測定では、通常観測されている磁場に直角な視線では、視線に沿って磁場構造はベル型になり、プラズマ中心位置で磁場が最大になる。電子温度が高くなると相対論的効果が現れ、周波数のダウンシフトが起こり、プラズマ中心に対応する非相対論的EC周波数の位置に放射がなくなり、ECEで測定する電子温度が見かけ上小さくなる。プラズマ中心と磁場の最大位置が一致する場合と一致しない場合について、ECEを相対論的効果と吸収を考慮して計算した。プラズマ中心と磁場の最大位置が一致しない場合のECE測定では、プラズマ中心が磁場の最大位置よりも手前に来るように観測すれば、相対論的効果による中心付近のみかけ上の温度減少と周辺のみかけ上の温度増加を避け、精度の高い電子温度分布測定ができる。

論文

Relativistic downshift frequency effects on electron cyclotron emission measurement; Measurements of electron density in tokamak and electron temperature in LHD

佐藤 正泰; 諫山 明彦; 稲垣 滋*; 長山 好夫*; 川端 一男*; 岩間 尚文*

Proceedings of 13th Joint Workshop on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating, p.89 - 94, 2005/00

磁場閉じ込め装置(トカマクとLHD)の高温プラズマにおける電子サイクロトロン放射(ECE)の相対論的効果について、数値計算を行った結果について報告する。トカマクにおいては、ECEを強磁場側から観測した場合、電子サイクロトロン周波数(EC周波数)が相対論的効果により低い周波数側へ大きくシフトし、非相対論的EC周波数からのずれが大きくなる。数値計算によれば、この周波数のずれは電子温度にほぼ単調に比例し、かつ電子密度に依存することがわかった。この依存性を用いて電子密度を測定する可能性について発表する。また、LHD装置のECE測定では、通常観測されている磁場に直角な視線では、視線に沿って磁場構造はベル型になり、プラズマ中心位置で磁場が最大になる。電子温度が高くなると相対論的効果が現れ、周波数のダウンシフトが起こり、プラズマ中心に対応する非相対論的EC周波数の位置に放射がなくなり、ECEで測定する電子温度が見かけ上小さくなることを定量的に明らかにした。

論文

Effects of relativistic frequency downshift on measurements of electron cyclotron emission in Large Helical Device plasma

佐藤 正泰; 諫山 明彦; 稲垣 滋*; 長山 好夫*; 川端 一男*; 岩間 尚文*

Review of Scientific Instruments, 75(10), p.3819 - 3821, 2004/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Instruments & Instrumentation)

LHD装置の高温プラズマにおける電子サイクロトロン放射(ECE)の相対論的効果について、数値計算を行った結果について報告する。LHD装置のECE測定では、通常観測されている磁場に直角な視線では、視線に沿って磁場構造はベル型になり、プラズマ中心位置で磁場が最大になる。電子温度が高くなると相対論的効果が現れ、周波数のダウンシフトが起こり、プラズマ中心に対応する非相対論的EC周波数の位置に放射がなくなり、ECEで測定する電子温度が見かけ上小さくなることを定量的に明らかにした。電子密度1$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-3}$$,電子温度5keVにおいて、規格化小半径の0.1以内に見かけ上、減少する。また、LHDにおいて、この相対論的効果の温度測定への影響を実験的に検証するプラズマパラメーター領域を評価し、充分検証可能なことがわかった。

論文

Maximum entropy estimation of electron cyclotron emission spectra from incomplete interferograms in ELMy H-mode tokamak experiment

諫山 明彦; 岩間 尚文*; 正和 武志*; 細田 陽介*; 伊世井 宣明; 石田 真一; 佐藤 正泰

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 42(9A), p.5787 - 5796, 2003/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:16.05(Physics, Applied)

フーリエ変換分光装置(FTS)ではマイケルソン干渉計を用いて電子サイクロトロン放射(ECE)から電子温度分布を得ている。マイケルソン干渉計では走査鏡をスキャンする(走査時間:約20ms)ことにより干渉信号を得ていて、この間プラズマの電子温度は変化しないと仮定している。しかし、ELMy Hモードプラズマでは、ELMにより発生した非熱的放射パルス(パルス幅:100$$mu$$s程度)により干渉信号が歪み、電子温度分布測定が不可能になる。今回、非熱的放射パルスを検出・除去する手法を開発し、さらに、欠損の生じた干渉信号に最大エントロピー法(MEM)を適用して電子温度分布を得ることに成功した。また、最大エントロピー法を適用する際、スペクトルの平滑度を決めるパラメータ(「正規化パラメータ」)を最適化する必要があるが、今回は線形問題で用いられている最小GCV(GeneralizedCross Validation)規準を非線形問題であるMEMに適用した。その結果、最小GCV規準はMEMの正規化パラメータの決定に有用であることがわかった。今回開発した手法をJT-60U実験時の信号に適用した結果、一連のデータを放電間に自動処理できる可能性があることがわかった。

論文

Singular value decomposition analysis of multichannel electron cyclotron emission signals of tokamak plasma

諫山 明彦; 岩間 尚文*; 細田 陽介*; 佐武 慎介*; 伊世井 宣明; 石田 真一; 佐藤 正泰

Japanese Journal of Applied Physics, Part 2, 42(3), p.L329 - L331, 2003/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:11.07(Physics, Applied)

一般に多チャンネルの計測装置のデータセットは行列で表現でき、そのデータに行列演算を施すことにより新しい信号処理手法が確立できることが期待できる。今回、20チャンネル回折格子型分光装置により測定した電子温度分布データに特異値分解を適用し、特異値・特異行列の特徴を調べた。その結果、電子温度の平衡成分は特異値が最も大きい特異行列でほぼ表現できることがわかった。さらに、空間的に局在した不安定性がプラズマ中に存在するデータの場合は、特定の特異行列に不安定性を表現する成分が現れ、不安定性の分離が可能であることがわかった。また、特異値の小さい特異行列はノイズ成分を構成していると考えられるが、実際、特異値の大きい項のみ取り出すことによりS/N比を改善することができた。このことは特異値分解により、データセットのノイズ除去とともにデータ圧縮もできることを示唆している。

論文

Electron cyclotron emission measurements in JT-60U

伊世井 宣明; 諫山 明彦; 石田 真一; 佐藤 正泰; 及川 聡洋; 福田 武司; 長島 章; 岩間 尚文*; JT-60チーム

Fusion Engineering and Design, 53(1-4), p.213 - 220, 2001/11

 被引用回数:16 パーセンタイル:74.22(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uプラズマの電子温度分布を、高時間・高空間分解能で測定することを目的として、ECE(電子サイクロトロン放射光)計測システムの開発を進めてきた。このシステムは、三つの異なったタイプのECE計測器から構成されている。フーリエ分光器は、絶対較正が施され、また、広い周波数領域の測定が可能であるが、時間分解能は、可動ミラーの駆動時間で制約されている。それに対し、回折格子型分光器は、高い時間分解能を有するが、絶対較正はできず、相対較正が適用される。また、ヘテロダインラジオメータは、高時間分解能と高空間分解能を合わせ持ち、さらに、SN比が非常に高いという特徴を有するが、周波数領域は、限られている。JT-60UにおけるECE計測システムでは、これらの機器を相補的に組み合わせて活用することにより、高分解能で信頼性の高い計測データを提供することに成功している。

口頭

Relativistic downshift frequency effects on ECE measurements of electron temperature and density in LHD and tokamak plasmas

佐藤 正泰; 諌山 明彦; 稲垣 滋*; 長山 好夫*; 川端 一男*; 岩間 尚文*

no journal, , 

LHDとトカマク装置の高温プラズマにおける電子サイクロトロン放射(ECE)の相対論的効果について、数値計算を行った。トカマクにおいて、相対論的効果による非相対論的EC周波数からのずれを用いた電子密度分布測定を提案している。種々の密度分布に対してこの方法が適用可能であることを明らかにした。また、LHD装置のECE測定では、通常観測されている磁場に直角な視線では、視線に沿って磁場構造はベル型になり、プラズマ中心位置で磁場が最大になる。電子温度が高くなると相対論的効果が現れ、周波数のダウンシフトが起こり、プラズマ中心に対応する非相対論的EC周波数の位置に放射がなくなり、ECEで測定する電子温度が見かけ上小さくなる。プラズマ中心と磁場の最大位置が一致する場合と一致しない場合について、ECEを相対論的効果と吸収を考慮して計算した。プラズマ中心と磁場の最大位置が一致しない場合のECE測定では、プラズマ中心が磁場の最大位置よりも手前に来るように観測すれば、相対論的効果による中心付近のみかけ上の温度減少と周辺のみかけ上の温度増加を避け、精度の高い電子温度分布測定ができる。また、視線を直交から斜めにずらすと、相対論的効果の影響が少なくなることが予想される。そこで、斜め視線のECEを評価するために、斜め伝搬における相対論的マックスウエル分布に対するECEの放射輝度の式を解析的に得た。この式を用い、炉心級トカマクプラズマに対して、斜め視線ECEによる電子温度測定を適用した場合について評価した。

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