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論文

Development of prototype YAG laser amplifier for the edge Thomson scattering system in ITER

波多江 仰紀; 林 利光; 谷塚 英一; 梶田 信*; 吉田 英次*; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*; 矢作 鎌一*; 信夫 克也*; 小野 武博; et al.

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.253 - 258, 2010/08

An edge Thomson scattering system for ITER is a diagnostic system which measures electron temperature and density at the peripheral region in the plasma (r/a $$>$$ 0.85). Required measurement ranges for the electron temperature and density are 50 eV $$<$$ T$$_{e}$$ $$<$$ 10 keV and 5$$times$$10$$^{18}$$ $$<$$ n$$_{e}$$ $$<$$ 3$$times$$10$$^{20}$$ m$$^{-3}$$, respectively. The spatial and the temporal resolutions are 5 mm and 10 ms, respectively. A high-energy (5 J) and high repetition-rate (100 Hz) Q-switch Nd:YAG laser system is necessary to satisfy measurement requirements above. We have been developing the YAG laser system for ITER. We have developed a prototype high-power laser amplifier. Since the laser efficiency of solid-state laser is low in generally ($$sim$$ 2%), heat removal from the amplifier is crucial. In the amplifier design, we carried out heat analysis to optimize the cooling design. To realize 5 J of output energy, more than 1.6 J of energy needs to be extracted from one laser rod. In the initial laser amplification test, the extracted energy was limited $$sim$$1.4 J by a lateral depumping effect. We have changed a cooling flow tube for the laser rod made by borosilicate glass to samarium-doped glass in order to deplete an infrared light emission. The Sm-doped flow tube was successfully suppressed the lateral depumping, and consequently the extracted energy reached up to 1.76 J. We have obtained a prospect of the real laser amplifier production from the results.

論文

Progress in development of edge Thomson scattering system for ITER

波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*; 海老沢 克之*; 草間 義紀; 佐藤 和義; 勝沼 淳*; 久保村 浩之*; 信夫 克也*

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.58 - 61, 2007/02

 被引用回数:6 パーセンタイル:44.88(Nuclear Science & Technology)

ITERの周辺トムソン散乱計測装置では、測定領域としてr/a$$>$$0.9,電子温度0.05$$sim$$10keV,電子密度5$$times$$10$$^{18}$$$$sim$$3$$times$$10$$^{20}$$m$$^{-3}$$,測定周期10ms,空間分解能5mmの測定性能が要求されている。本研究では、おもに計測用レーザーシステム,ポートプラグ内光学系(集光光学系,レーザー入射光学系)の検討を行った。計測用レーザーシステムには、波長1064nm,エネルギー5J,繰り返し周波数100Hz,パルス幅10nsの性能が要求される。この要求を満たすため、(1)高効率のCr,Nd:YAGセラミックスの使用,高平均出力レーザー増幅器で誘起される熱的影響はJT-60で実証された位相共役鏡で補正することを検討した。位相共役鏡を効果的に動作させるためには、特に単一縦モード性能が重要であり、レーザーダイオード励起のリング共振器型のレーザー発振器の試作を行った。さらに、フラッシュランプ励起方式ではフラッシュランプの寿命が問題となり、寿命の伸長を図るために、6本のフラッシュランプを内蔵した高平均出力レーザー増幅器の試作を行った。ポートプラグ内光学系はITER工学設計活動(EDA)中に初期検討が行われた。この検討では、(a)プラズマから比較的近い位置にレンズが配置されており、放射線による光学特性の劣化が懸念される。(b)真空境界がポートプラグの中央部に位置しており保守が容易でない、などの問題が考えられる。そこで、真空境界はポートプラグの終端部とし、ポート内光学系の最適化を行った。

口頭

ITER周辺トムソン散乱計測用YAGレーザーの開発

波多江 仰紀; 林 利光; 梶田 信*; 吉田 英次*; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*; 矢作 鎌一*; 信夫 克也*; 小野 武博; 草間 義紀

no journal, , 

ITERの周辺トムソン散乱計測装置では、プローブ光として、波長1064nm,エネルギー5J,パルス幅10ns,繰り返し率100HzのYAGレーザーが必要である。高平均出力レーザーで特に問題となるのは、レーザーロッドの熱レンズ効果による出力制限,熱複屈折効果による偏光解消によるビーム品質の低下,多段配置の高利得増幅器による寄生発振である。これらの問題を解決するために液体フレオン系化合物を媒質とする誘導ブリルアン散乱位相共役鏡を利用したレーザーシステムを設計し、構成要素の試作と試験を開始した。LD励起の単一縦モードYAGレーザー発振器のビームは、シリンドリカルレンズ構成のビーム拡大器で楕円形にし、横2連セレーテッドアパーチャーで、ビーム分割とプロファイル整形後、各ビームは2台の増幅器に入る。増幅器を通過したビームは位相共役鏡で反射され、再度増幅器を通過し、ダブルパス増幅された後、各ビームは偏光器で取り出される。それぞれのビームは50Hz, 5Jで出力され、互い違いに出力することにより100Hz, 5Jを実現する。増幅器には直径14mm,長さ100mmのNd:YAGロッドが2本搭載される。それぞれのロッドは、2本のフラッシュランプで励起する。フラッシュランプに投入する電気エネルギーは、ロッド1本あたり100Jであり、50Hzで点灯させる。このような増幅器を試作し、性能試験を行った結果、ロッド1本から1.76J程度のエネルギーを引き出せ、要求性能を達成できる見通しを得た。

口頭

ITER周辺トムソン散乱計測装置のための高出力レーザーの開発

波多江 仰紀; 谷塚 英一; 林 利光; 梶田 信*; 吉田 英次*; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*; 信夫 克也*; 矢作 鎌一*; 竹松 浩之*; et al.

no journal, , 

国際熱核融合実験炉ITERの周辺トムソン散乱計測装置の主要構成機器である高出力YAGレーザーの開発の現状について報告する。5mmの空間分解能と10msの時間分解能を達成するためには、高い出力エネルギー(5J)かつ高繰り返し(100Hz)のQスイッチNd:YAGレーザーが必要となる。この条件の下、レーザー装置の各光学機器の設計・製作を行い、原型レーザーの組み立てを完了した。組み立て後の初期性能試験では、100Hzの繰り返しで2Jのレーザーエネルギーを得た。しかし、寄生発振によりレーザーの高出力化が制限されることがわかった。増幅列に透過率約40%の減光フィルターを挿入したところ、寄生発振が抑制できることを確認した。そこで、寄生発振対策として高光強度で透明になる可飽和吸収体(Cr$$^{4+}$$:YAGセラミックス)を増幅列に設置して、寄生発振を抑制し、高出力化調整を行う予定である。

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