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論文

Signal evaluations using singular value decomposition for Thomson scattering diagnostics

東條 寛; 山田 一博*; 安原 亮*; 谷塚 英一; 舟場 久芳*; 波多江 仰紀; 林 浩*; 伊丹 潔

Review of Scientific Instruments, 85(11), p.11D865_1 - 11D865_3, 2014/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:12.4(Instruments & Instrumentation)

In incoherent Thomson scattering diagnostics, stray light of the incident laser, which is frequently generated at the vacuum windows, also causes wrong evaluations of the signal intensities. Because the laser goes through the vacuum windows many times in a double-pass (or multi-pass) scattering system, complicate temporal structures can be seen in the output signals. In this paper, Singular Value Decomposition (SVD) is applied to the output signals in a Thomson scattering diagnostic on Large Helical Device (LHD). The analyzed data were all measured signals for each one spectral channel over one plasma shot. Some noises were filtered and Te was evaluated within good accuracies especially in the second pass (forward scattering). We compared the errors in Te (0.8 - 1.3 keV) from the noise-filtered and from non-filtered data. Use of the filtered data enables suppressing the error in Te measured from the second pass by a factor of $$sim$$ 0.5 at the most.

口頭

Application of SBS phase conjugate mirror to fusion plasma diagnostics

波多江 仰紀; 北村 繁; 佐久間 猛; 濱野 隆; 東條 寛; 吉田 英次*; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*; 成原 一途*; 山田 一博*; et al.

no journal, , 

Two applications using the SBS phase conjugate mirror (SBS-PCM) have been developed to increase the intensity of scattered light for Thomson scattering diagnostics. For the first application, we have developed a new optical design to provide a double-pass scattering method with the SBS-PCM. The SBS-PCM reflects a laser beam passing through the plasma, then the reflected beam passes the plasma again via the same path by means of the phase conjugation. In JT-60U, the double-pass Thomson scattering method using the SBS-PCM has been demonstrated an increase of the scattered light by a factor of 1.6, compared with the single-pass scattering method. A multi-pass Thomson scattering method in which the laser beam can be confined between a pair of SBS-PCMs is also proposed. It is estimated that the multi-pass scattering method generates the scattered light more than five times compared to the single-pass scattering method. We prepare the multi-pass Thomson scattering system for the proof-of-principle tests in Large Helical Device (LHD). For the second application, a high average-power YAG laser system has been developed using the SBS-PCM. The SBS-PCM effectively compensated thermal degradation at two amplifier lines, and the average power was increased by $$>$$ 8 times from 45 W (1.5 J, 30Hz) to 373 W (7.46 J, 50Hz).

口頭

トムソン散乱計測のための先端レーザーの開発研究

波多江 仰紀; 谷塚 英一; 吉田 英次*; 藤田 尚徳*; 椿本 孝治*; 中塚 正大*; 安原 亮*; 東條 寛; 佐久間 猛

no journal, , 

大阪大学レーザーエネルギー学研究センターとの共同研究成果として、ITERの周辺トムソン散乱計測装置で用いるYAGレーザー装置の開発の進展について発表する。ITERの要求を満たすためには、繰り返し100Hzで出力エネルギー5JのYAGレーザー装置が必要である。これを実現するために、レーザー発振器から出力されるビームを2分岐し、それぞれのビームを口径14mmのレーザーロッド4本で増幅するレーザーシステムを設計し、レーザー増幅器をはじめとする主要機器の製作と、組立てを行った。レーザー増幅器では、フラッシュランプによる強い励起によって、レーザー結晶内で発生するASEやフラッシュランプ光中のレーザー波長と同じ波長の光が増幅率を低下させる原因となるが、サマリウムを添加したガラスを用いたフローチューブで増幅器内のそれらの光を選択的に吸収させることによって、小信号利得が最大2.8倍向上することを明らかにした。結果として、2つのビームラインを同時運転することにより、ITERの要求性能を越える、100Hz, 最大7.66Jのレーザー光を発射できるレーザー装置の開発に成功した。

口頭

複数のトムソン散乱スペクトルを用いた非等方電子温度計測及び分光透過率その場較正

谷塚 英一; 安原 亮*; 山田 一博*; 波多江 仰紀; 東條 寛; 舟場 久芳*; 伊丹 潔

no journal, , 

ITERの周辺トムソン散乱計測装置では、光学系の分光透過率が経時変化し、それに伴い、電子温度に系統的な測定誤差が生じることが懸念されている。分光透過率を即時較正するために、計測用のYAGレーザーと同期させて波長の異なるルビーレーザーを入射し、2種類のトムソン散乱光の強度比を用いる較正手法を開発している。大型ヘリカル装置(LHD)で予め較正したトムソン散乱計測装置を用い、同手法の実証試験を行う予定である。信号の見積もりの結果、電子温度が2keVから5keVのプラズマを生成したときに精度よく本較正手法の実証試験ができる見込みであることが分かった。さらに、トムソン散乱計測におけるデータ解析手法の拡張として、プラズマ中の電子速度分布関数の非等方性測定実験を進めている。これまでに解析を行った電子温度1keV以下のプラズマでは、電子速度分布に非等方性は現れておらず、等方的であることを示唆している。今後、測定配置の改良を行い、プラズマの温度・密度領域及び加熱手法に対する非等方度の解析を進め、電子速度分布に非等方性が現れる条件を探索する。

口頭

JT-60SAトムソン散乱計測システムの設計進展状況

東條 寛; 山田 一博*; 安原 亮*; 谷塚 英一; 舟場 久芳*; 林 浩*; 波多江 仰紀; 伊丹 潔

no journal, , 

JT-60SAトムソン散乱計測システムの設計の進展状況を報告する。周辺プラズマ計測用の集光光学系については、ペッツバールレンズ方式を基本とした屈折型光学系を新たに考案し、必要な分解能と集光性能を有するとともに、直径200mmのレンズを用いることで、製作を容易とする新しい光学系の設計を得た。中心計測用と周辺計測用の2つの光学系にとって、最も良好な計測精度が期待できるレーザーの偏光角条件を、相対論効果を考慮した散乱スペクトルを新たに評価することで明らかにした。具体的には、中心集光光学系を単独に考えた場合における理想的な偏光角に対して50度離れた偏光角とした時に、プラズマ中心から周辺までの分布全体で電子温度の平均誤差を6%程度とできる見込みを得た。JT-60SAでは、レーザーをプラズマ中に往復させる電子温度計測法と相対感度較正法を採用する計画としている。それらの実証実験を大型ヘリカル装置(LHD)にて行った。その結果、散乱スペクトルが広がる電子温度が比較的高い(1keV以上)条件で、電子温度は安定した精度で求まり、相対的な透過率も約10%以下の精度で計測できることを初めて実験的に明らかにした。

口頭

LHDでのダブルパストムソン散乱による電子速度分布関数詳細計測

谷塚 英一; 安原 亮*; 山田 一博*; 舟場 久芳*; 波多江 仰紀; 伊丹 潔

no journal, , 

大型ヘリカル装置(LHD)のプラズマ中でレーザーを往復させて、実効的に2つの配置でトムソン散乱を行い、2種類の方向に沿った電子温度(磁力線にほぼ垂直方向と磁力線に対し約60度傾いた方向の電子温度)を測定するレーザー入射系及びデータ収集系を開発した。それらを用いて、LHD第17実験サイクルの様々な放電条件で、磁気軸付近の1点に関する電子速度分布関数(電子温度)の非等方性を調べた。5keV程度以下の電子温度を持つプラズマでは、測定した2方向の電子温度は誤差の範囲で一致しており、等方的であることを示唆している。特に、低温・高密度になるほど2方向の電子温度の差及びその誤差率が小さくなることを示した。今後、5keV以上の高電子温度プラズマを対象とした測定及び解析を行い、非等方性発現の条件を調べる。

口頭

ダブルパストムソン散乱計測による非等方電子速度分布関数計測

谷塚 英一; 安原 亮*; 山田 一博*; 舟場 久芳*; 波多江 仰紀; 伊丹 潔

no journal, , 

これまでに、プラズマ中でレーザーを往復させることにより磁力線にほぼ垂直方向と磁力線から70度近く傾いた2方向の電子温度を比較してきた。その結果、大型ヘリカル装置で5keV以上程度の高温プラズマを生成したときには、磁力線から70度傾いた方向の電子温度よりも磁力線に垂直方向の電子温度のほうが系統的に高いという測定結果を得ていた。ただし、測定誤差が大きく、また、電子温度を測定している2方向の差が20度しかないため、非等方性の発現条件と電子衝突度などの関係を定量的に議論することが困難であった。そこで、高温のプラズマに対して測定精度を向上させるために、分光器の短波長側に波長チャンネルを増強した。さらに、より磁力線に近い方向の電子温度が測定できるよう、プラズマを水平方向から観測する集光光学系を新設した。新設した集光光学系について感度較正を行い、プラズマ計測に十分な集光性能があることを確認した。講演では、新設及び既設集光光学系を用いて測定した3方向(磁力線から約10度, 70度, 90度傾いた方向)の電子温度比較に関して、電子衝突度との相関などに着目した議論を行う。

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