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論文

Spatial profile measurement method of absolute detection efficiency of an infrared heterodyne receiver for the CO$$_{2}$$ laser collective thomson scattering system in JT-60U

Lee, S.; 近藤 貴; 三浦 幸俊

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 41(11A), p.6574 - 6576, 2002/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:94.13(Physics, Applied)

本論文ではJT-60U協同トムソン散乱計測装置で用いる量子井戸型赤外線検出器の較正手法とその実験結果について言及した。炭酸ガスレーザを用いた協同トムソン散乱法では散乱角が小さくなるため、詳細な光軸調整が必要となる。一方、大型装置においてヘテロダイン検出器の視野形状とその拡がりは、散乱光検出の感度や迷光強度に大きな影響を与え重要である。今回大型の黒体源を製作し、検出視野の半径や感度特性を詳細に評価することで検出器の感度分布がガウシアン分布であることを新たに発見した。また、局所レーザのビーム特性を調整することで視野を絞ることに成功し、光路中におけるビーム伝送ロスを低減することが可能となった。さらにその拡がり角からプラズマ中心における視野の拡がりを実験的に評価し、プラズマ観測位置における実効的な観測体積とその感度分布を実測に基づいて評価することができた。

論文

Improvement of Thomson scattering system using SBS phase conjugation mirrors in JT-60U

波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*; 内藤 磨; 北村 繁; 佐久間 猛*; 濱野 隆*; 塚原 美光

Proceedings of 29th European Physical Society Conference on Plasma Physics and Controlled Fusion, 4 Pages, 2002/00

誘導ブリルアン散乱(SBS)を用いた位相共役鏡を既存のYAGレーザトムソン散乱装置に応用し、同装置の測定性能の向上を図った。すなわち、YAGレーザ装置に位相共役鏡を組込み、レーザ増幅器で誘起される波面の乱れを補正しダブルパス増幅を行った結果、YAGレーザの性能は[エネルギー:1.7J,繰り返し:30Hz,平均出力:51W]から[4.1J,50Hz,205W]となり、レーザ性能を著しく向上することができた。一方、SBS位相共役鏡は一般の全反射鏡と異なり精密な光学調整を必要とせず、比較的簡単な位置合わせを行うだけで反射光が入射光と全く同じ光路を逆進する。この性質を利用し位相共役鏡をJT-60U 装置に取り付けることにより、プラズマ中でレーザ光を往復させ散乱光量を約2倍にする原理実証試験を行った。

論文

協同トムソン散乱法を用いた不純物、ヘリウム灰密度およびD/T燃料比の先進的計測法の開発

Lee, S.; 近藤 貴; 三浦 幸俊

プラズマ・核融合学会誌, 77(9), p.919 - 929, 2001/09

燃焼プラズマの中心部における不純物、D/T燃焼比及びヘリウム灰計測は核融合燃焼プラズマ実験において最も重要な計測のひとつとなる。しかしながらこれらのパラメータの測定手法は未だ確立されたとは言えず新規の診断法の開発が期待されている。このような計測課題に対し、協同トムソン散乱を用いた先進的計測手法を提案する。本論文ではこの測定法の計測原理と国際熱核融合実験炉(ITER)において期待される散乱スペクトルの計算結果を示し、その実現可能性を示した。次にイオンサイクロトロン周波数に比例した共鳴スペクトルの観測条件と要求される装置性能について議論を行った。さらに既存のトーラス装置であるJT-60UとLHDにおける本手法の適用可能性を検討した結果、これまでの技術と装置を利用することで十分に原理実証実験が可能であることを示した。

論文

Collective Thomson scattering deagnostic for fast ion deuterium to tritium ratio measurement in open magnetic systems

Lee, S.; 近藤 貴; 芳野 隆治; Cho, T.*; 平田 真史*; 三浦 幸俊

Transactions of Fusion Technology, 39(1T), p.151 - 154, 2001/01

本研究ではレーザーを用いた開放端系プラズマ内部のイオン温度、及び高速イオン計測手法を提案する。さらに核融合反応により生じた$$alpha$$粒子がヘリウム灰として残留する割合や重水素-三重水素比等、炉心プラズマの実現と制御に対し重要な物理量の測定手法についても述べる。炭酸ガスレーザーによる微少角協同トムソン散乱法では、開放端装置における軸方向イオン温度及び高速イオン密度分布が単独のビームラインで同時計測可能である。また磁場に垂直な方向の散乱光成分を検出することで、イオンサイクロトロン周波数に共鳴した櫛形のスペクトル分布からヘリウム灰密度や燃料比が推定できる。本論文では開放端型炉心プラズマからの散乱光強度を計算により求め、本方式の実現可能性を示すとともに、現在稼働中のタンデムミラー装置GAMMA10において実証試験を行うための新計測方式についても言及した。

論文

A Filter bank system for scatteted spectrum analysis in collective Thomson scattering diagnostic on JT-60U

Lee, S.; 近藤 貴; 米本 義一*; 三浦 幸俊

Review of Scientific Instruments, 71(12), p.4445 - 4448, 2000/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:54.43(Instruments & Instrumentation)

本論文ではJT-60Uにおける炭酸ガスレーザーを用いた協同トムソン散乱法の信号解析手法と新たに開発した周波数分解用フィルターバンクについて言及した。プラズマ中のイオン温度や高速イオン分布を評価するためには十分なS/N比(信号-雑音比)を確保しながら散乱光の周波数成分を分解する必要がある。また協同トムソン散乱では散乱光はパルス的に受信されるため回路内にフィルターする必要がある。そこでJT-60U協同トムソン散乱で予想される散乱スペクトルの周波数分布を計算で求め、透過周波数等フィルター特性を最適化しフィルターバンクの設計、製作を行った。さらに本研究では周波数フィルターの設計の際、炭酸ガス励起迷光フィルターやヘテロダイン検波器の特性についても詳細に議論しており、協同トムソン散乱計測の信号検出にかかわる基本特性を総合的に評価している。

論文

Compact X-ray sources by intense laser interactions with beams and plasmas

小瀧 秀行; 神門 正城; 出羽 英紀; 近藤 修司; 渡部 貴宏*; 上田 徹*; 木下 健一*; 吉井 康司*; 上坂 充*; 中島 一久

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 455(1), p.166 - 171, 2000/11

 被引用回数:11 パーセンタイル:37.87(Instruments & Instrumentation)

極短パルスX線は、物理、化学、医学等さまざまな分野での応用が考えられており、世界中で研究が行われている。レーザーアンジュレーターは、コンパクトなシンクロトロン放射光源であり、レーザーとプラズマ、レーザーと電子ビームとの相互作用によって、高輝度のX線源となり得る。250mJのTi:SapphireレーザーとPhotocathode RF-Gunからの20MeVの電子ビームを使い、後方トムソン散乱による極短パルスX線発生の実験を行った。Photocathode RF-Gunからの電子ビームを、バンチ圧縮シケインを使ってバンチ圧縮し、それにより、1nC、500fsの電子ビームの発生に成功した。そのサブピコ秒の電子ビームとTi:Sapphireレーザーとを用いて、後方トムソン散乱によりサブピコ秒のX線を発生させ、約500fsのX線発生に成功した。また、X線マイクロスコピー応用のためのX線源にするためのレーザープラズマX線実験の計画及びレーザーと電子ビームとの相互作用によるレーザーシンクロトロンについての発表を行う。

論文

Generation and application of femtosecond X-ray pulse

上坂 充*; 小瀧 秀行; 中島 一久; 原野 英樹*; 木下 健一*; 渡部 貴宏*; 上田 徹*; 吉井 康司*; 神門 正城; 出羽 英紀; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 455(1), p.90 - 98, 2000/11

 被引用回数:36 パーセンタイル:9.59(Instruments & Instrumentation)

直線加速器-レーザー同期システムを使った、フェムト秒X線パルスの発生と応用を行った。240フェムト秒17MeV電子パルスと100フェムト秒3TW Ti:Sapphireレーザーパルスとを、3.5psでの同期に成功した。この技術を使い、90°及び180°でのエレクトロン-レーザーでのトムソン散乱により、フェムト秒X線パルスの発生を行った。さらに、単結晶において、原子振動の動画像化のため、時間分解X線回折を行った。ここでは、10ピコ秒の電子ビームを100$$mu$$mの銅のワイヤーに照射して発生したピコ秒のX線を使用した。これにより、銅のK$$alpha$$線のX線回折パターンを得ることができた。

論文

Advanced impurity measurement for deuterium-tritium-burning plasmas using pulsed CO$$_{2}$$ laser collective thomson scattering

Lee, S.; 近藤 貴

Review of Scientific Instruments, 71(10), p.3718 - 3722, 2000/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:62.29(Instruments & Instrumentation)

本研究ではレーザーを用いた炉心プラズマ内部の先進的不純物計測手法を世界で初めて提案する。さらに核融合反応により生じる$$alpha$$粒子がヘリウム灰として残留する割合や重水素-三重水素比等、炉心プラズマの実現と制御に対し重要な物理量の測定手法についても述べる。炭酸ガスレーザー協同トムソン散乱法では、磁場に垂直な方向の散乱光成分はイオンサイクロトロン周波数に共鳴した櫛形のスペクトル分布を持つ。本論文ではITERの不純物として予想されるアルゴン、ベリリウム、ヘリウム灰などを含んだプラズマからの散乱光スペクトルを計算し、共鳴の起こる周期や散乱光スペクトルの強度から不純物の核種と密度が推定可能なことを示した。また実際にプラズマに適応する場合の測定機器に要求される性能等についても言及した。

論文

協同トムソン散乱(用語解説)

近藤 貴

プラズマ・核融合学会誌, 76(9), P. 888, 2000/09

電磁波の散乱波長がデバイ長より大きい場合の散乱現象。その散乱波長域で熱揺動以上の波動・乱れが励起されている場合は、そのスペクトル測定に用いられる。他方、熱揺動の場合の散乱スペクトルはイオンを遮蔽する電子群の協同(集団)運動のドップラーシフトを受けて、電子とイオンの双方の速度分布関数を反映する。後者を利用して、1970年代にはCO$$_{2}$$レーザーなどを用いてイオン温度計測の一手法として開発されたので、イオン・トムソン散乱とも呼ばれる。近年、核燃焼プラズマの$$alpha$$粒子計測法の有力な候補として見直され、光源としてジャイロトロン(ミリ波)あるいはCO$$_{2}$$レーザー(波長10.6$$mu$$m)を用いて研究が行われている。前者は、JETで高エネルギー粒子を対象として測定が行われて(波長2.1mm)、TEXTORに引き継がれている。散乱角が大きくとれるが、プラズマ中の屈折のため散乱場所を同定する必要がある。後者はJT-60Uで開発が進められており、波長が短いため小角散乱にする必要があるが、屈折の問題は無く散乱場所の同定は容易。

論文

How many wavelength channels do we need in Thomson scattering diagnostics?

内藤 磨; 吉田 英俊; 北村 繁; 佐久間 猛*; 小野瀬 義秋*

Review of Scientific Instruments, 70(9), p.3780 - 3781, 1999/09

 被引用回数:15 パーセンタイル:29.95(Instruments & Instrumentation)

プラズマ中の電子温度、密度の測定に用いるトムソン散乱計測では、散乱された光を多数の波長チャンネルで検出した方が精度が上がるが、その分コストもかかる。このため本論文では現実的な測定条件下において妥当な波長チャンネル数の指針を与えた。まずチャンネル数の如何に依らない測定誤差の理論的下限が存在することを示した。次に与えられたチャンネル数において測定誤差を最小にする波長チャンネルの配置を求め、この時の誤差が理論的下限値にどれくらい近いかによって最適性の判断を行った。通常の測定では理論限界の90%程度の測定精度を持っていれば十分と考えられる。以上のことから、400-700nmの波長領域を測定する典型的なルビーレーザー散乱システムにおいては、0.01-10keVの温度領域の測定には7チャンネル、0.1-10keVでは5チャンネルあれば良いことを明らかにした。

論文

Short pulse X-ray generation via backward Thomson scattering on relativistic electron beam

小瀧 秀行; 中島 一久*; 神門 正城*; 出羽 英紀*; 近藤 修司; 酒井 文雄*; 渡部 貴宏*; 上田 徹*; 中西 弘*; 吉井 康司*; et al.

Inst. Phys. Conf. Ser., (159), p.565 - 567, 1999/00

極短パルスX線は、物理、化学、医学等さまざまな分野での応用が考えられており、世界中で研究が行われている。250mJのTi:SapphireレーザーとPhotocathode RF-Gunからの20MeVの電子ビームを使い、後方トムソン散乱による極短パルスX線発生の実験を行った。Photocathode RF-Gunからの電子ビームを、バンチ圧縮シケインを使ってバンチ圧縮し、それにより、lnC,500fsの電子ビームの発生に成功した。サブピコ秒の電子ビームとTi:Sapphireレーザーとを用いて、後方トムソン散乱によりサブピコ秒のX線を発生させた。レーザーと電子ビームの衝突のタイミングや、衝突点でのレーザーのポジションを変化させ電子ビームをレーザーでスキャンし、X線シグナルの測定を行い、後方トムソン散乱によるX線であることを確認した。

論文

会議報告; 第12回高温プラズマ計測に関するトピカル会議

児玉 了祐*; 吉田 英俊; 藤田 順冶*; 西谷 健夫; 武藤 貞嗣*; 鞠 重山*; 松田 俊明; 長 照二*; 川端 一男*; 磯部 光孝*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 74(10), p.1208 - 1213, 1998/10

1998年6月7日から11日まで米国プリンストン大学で開催された第12回高温プラズマ計測に関するトピカル会議での主要な発表についてまとめたものである。磁気核融合と慣性核融合等に係わる総数が310件の発表では7セッションに分類されて講演されたが、本会議報告でも同じ形式で記述した。

論文

Fast ion diagnostics in JT-60U; $$gamma$$-ray and collective Thomson scattering measurements

近藤 貴; 長島 章; 塚原 美光; Richards, R. K.*; Hutchinson, D. P.*; 森山 伸一; 森岡 篤彦; 飛田 健次; 草間 義紀; V.G.Kiptily*

Proc. of 1998 Int. Congress on Plasma Physics, p.1478 - 1481, 1998/00

ITERにおいて、高速$$alpha$$粒子計測は開発すべき重要な計測の1つである。JT-60Uにおいて開発している2つの計測について述べる。(1)$$gamma$$線計測は、不純物イオンと高速イオンの反応により発生する1~20MeVの$$gamma$$線を測定している。これにより、MeVエネルギー領域のイオンエネルギー分布と高速イオンの閉じ込め特性を調べている。(2)協同トムソン散乱は、ITERにおいてイオン温度計測、及び$$alpha$$粒子の測定法として候補に上がっており、その測定法を実証するため、並びにJT-60Uのイオン温度計測法として開発を行っている。10ジュールのパルスCO$$_{2}$$レーザをプラズマ中に入射し、散乱角0.5度の散乱光をヘテロダイン受信する。散乱パワーの計算により、イオン温度測定に必要なS/N比が得られることが示される。

論文

A Short pulse X-ray generation via laser thomson scattering on relativistic electron beams

小瀧 秀行; 中島 一久*; 神門 正城*; H.Ahn*; 出羽 英紀*; 近藤 修司; 酒井 文雄*; 渡部 貴宏*; 上田 徹*; 中西 弘*; et al.

Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., p.449 - 451, 1997/00

短パルスのX線は、物理、化学、医療等、様々な分野への応用が考えられている。このトムソン散乱は、短パルスのX線の発生方法の1つである。90°トムソン散乱の場合、発生するX線のパルスは、電子ビームのサイズに依存し、電子ビームのサイズが小さいほど、短パルスのX線が発生する。2TWのT$$^{3}$$レーザーと17MeVの電子ビームを用いて、トムソン散乱によるX線の発生の実験を行った。X線のディテクタとして、シンチレータとX線ストリークカメラを用いた。シンチレータによるX線のシグナルは、ただ1つのタイミングにおいてのみあらわれた。次に、X線ストリークカメラによっての測定を試みた。しかし、X線をフォーカスしていなかったため、X線ストリークカメラに入るフォトン数が少なく、測定することができなかった。今後、パルス圧縮した電子ビームとレーザーとを正面衝突させることによるX線発生を計画している。これには、(1)タイミングジッターによる影響を減少させられる、(2)発生するX線のエネルギーが電子ビームとレーザーのエネルギーによって決定される、(3)X線のパルス幅が電子ビームのパルス幅によって決定されるという利点がある。

論文

Relativistic incoherent Thomson scattering spectrum for generalized Lorentzian distributions

内藤 磨; 吉田 英俊; 波多江 仰紀; 長島 章; 的場 徹

Physics of Plasmas, 3(4), p.1474 - 1476, 1996/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:81.71(Physics, Fluids & Plasmas)

インコヒーレント・トムソン散乱計測の適用範囲を、一般化されたローレンツ分布で表される非熱平衡プラズマにまで拡張した。ここで得られた完全相対論的スペクトルの解析的表式の適用により、高エネルギーテイル成分の存在下でもバルク電子の温度をより頑健に推定できる可能性が高まった。

論文

高空間分解JFT-2M用TVトムソン散乱装置の開発

山内 俊彦; 椎名 富雄; 小沢 皓雄; 石毛 洋一*

プラズマ・核融合学会誌, 72(7), p.692 - 705, 1996/00

JFT-2Mプラズマの電子温度・密度計測用に高出力レーザーを使った高空間分解TVトムソン散乱装置を開発した。それをここ3年間稼動してきた。このシステムは6つのサブシステムからなる。つまり、真空部品サブシステム、光学系サブシステム、検出器サブシステム、制御及びデータ収集サブシステム,ソフトウェアサブシステム、及びレーザー装置サブシステムから成る。ここでは以上のサブシステムの特徴について系統的に説明した。本システムを使って測定したBt増力後の電子温度分布(Btの変化に対する)、同一条件で測定した電子温度・密度分布のばらつきの少ない測定結果について示した。

論文

トカマクにおけるトムソン散乱装置の概要

山内 俊彦

RTM-96-4, 0, p.19 - 25, 1996/00

1969年のT-3でのT$$_{e}$$およびn$$_{e}$$分布の測定以来、世界の多くの研究所でトムソン散乱装置が設置され、トカマクプラズマのT$$_{e}$$およびn$$_{e}$$分布を測定してきた。トムソン散乱法は測定位置、空間分解能および誤差が明確、仮定がない、データが分かり易く解析手順が単純である等の特徴を持つ。しかし、他のまねであってもその開発技術は高いことが求められ、さらに製作費用もかかる。それでここでは、現在世界的に優れた装置として上げられる3つの装置、LIDAR、TVTSおよびYAGTSについて比較し、その長所や短所および技術的問題点についてふれた。また著者が取得したノウハウはできる限り全て記述した。

論文

Erratum; Analytic formula for fully relativistic Thomson scattering spectrum (Phys. Fluids B5, 4256,1993)

内藤 磨; 吉田 英俊; 的場 徹

Physics of Plasmas, 1(3), 806 Pages, 1994/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:20.69(Physics, Fluids & Plasmas)

本投稿はPhys.Fluids B、1993年11月号に掲載済の同名の論文に対する正誤表である。同論文では相対論的なトムソン散乱の厳密な表式を簡明な形で与えるとともに、大型トカマクにおけるデータ処理を高速高精度で行うための近似式を提供している。今回この近似式の一部に印刷上の誤りがあることが判明したので訂正を行うこととした。

論文

Analytic formula for fully relativistic Thomson scattering spectrum

内藤 磨; 吉田 英俊; 的場 徹

Phys. Fluids B, 5(11), p.4256 - 4258, 1993/11

 被引用回数:48 パーセンタイル:13.43(Physics, Fluids & Plasmas)

プラズマの電子温度、密度計測ではトムソン散乱が標準的な計測手段になっている。最近のトカマク実験の進展により大型装置における電子温度は10keVを超え、完全な相対論的な効果を考慮しなければならない領域に入っているにもかかわらず、現在まで実用に耐える解析的表示は得られていなかった。本論文では、高温では非常に影響が大きいにもかかわらず、解析的な取扱いの複雑さの故に従来無視されてきた脱分極効果を取り入れた厳密解が、簡単な積分表示に帰着できることを示した。またこれの漸近展開により、100keVでも0.1%以下の精度で散乱スペクトルを計算できる解析的な近似式を求めた。これはITER等の将来装置における電子温度計測にとって非常に有用である。

論文

Angular dependence of transmissivity in a high-pass optical filter for Thomson scattering measurement

山内 俊彦; D.Dimock*

Japanese Journal of Applied Physics, 29(7), p.1345 - 1346, 1990/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:74.42(Physics, Applied)

トムソン散乱測定時、迷光を除去するのに使用しているハイパス光学フィルタの透過率角度依存性について述べている。ハイパス光学フィルタへの光の入射角が増大するにつれ、透過率曲線の長波長側の透過率が減少する事やそれとトムソン散乱の関係を明らかにした。

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