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CPD 装置における Li Beam Emissiom Spectroscopy を 用いた電子密度揺動計測

２００８．４　月例発表. CPD 装置における Li Beam Emissiom Spectroscopy を 用いた電子密度揺動計測. 図子研究室 M2 　了戒　智文. 1. 目　次. 研究背景 目的 実験装置 (CPD) 計測装置 揺動とは（フルートモード・ドリフト波） 解析方法 解析結果 まとめ. annular plasma での揺動特性 Bz （垂直磁場）印加による揺動変化. 2. 60cm. R=3.5cm. 研究背景. Komori’s experiment. 実験方法

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CPD 装置における Li Beam Emissiom Spectroscopy を 用いた電子密度揺動計測

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Presentation Transcript

  1. ２００８．４　月例発表 CPD装置におけるLi Beam Emissiom Spectroscopyを用いた電子密度揺動計測 図子研究室 M2　了戒　智文 1

  2. 目　次 • 研究背景 • 目的 • 実験装置(CPD) • 計測装置 • 揺動とは（フルートモード・ドリフト波） • 解析方法 • 解析結果 • まとめ • annular plasmaでの揺動特性 • Bz（垂直磁場）印加による揺動変化 2

  3. 60cm R=3.5cm 研究背景 Komori’s experiment 実験方法 hot-plateを約2500℃まで加熱し熱電子を放出し、アースであるend-plateと加速し、カリウムプラズマを生成 計測装置 ラングミュラープローブをP1,P2,P3に設置し揺動を計測している。 実験装置 実験1 end-plateを直線状放電管の終端に設置し揺動特性を計測する 結果 イオン電流揺動のDrift waveを5.9kHzに確認 実験2 end-plateを曲率のある放電管の終端に設置し揺動特性を計測する 結果 イオン電流揺動のDrift waveを5.9kHzに確認し、7.4kHzにレイリーテイラー不安定性の揺動を確認 good bad

  4. Cross power phase good bad coherence 研究背景 Sharman’s experiment 実験装置 実験方法 トーラス状の放電管内にRFを利用してプラズマを生成、プローブを利用し揺動計測を行った good bad Flute mode Drift mode

  5. 研究目的 • 過去の研究では、局率のある放電管で、特徴的な揺動が計測された。 • STであるCPDのannular plasmaでは、どの様な特徴的揺動が存在していのか調べる • 1)　トーラス配位で　 ECRH( 1kW@8.2GHz) • Annular plasma 生成 • 密度分布 • 揺動特性 • 2)垂直磁場印加での揺動特性 • 揺動特性変化 • （垂直磁場印加による、揺動の安定化） CS ECR CS ECW R

  6. 実験装置（CPD） annularplasma Fiber camera 3 Φ Fiber camera CPD outline chart Li Oven

  7. 計測装置（1） Fiber 25ｍｍ Lens Li Beam Filter ５４ｍｍ 光電子増倍管(R928) アンプ特性 500kHz Band width 50％　1.44nm 10％　2.11nm 1％　3.18nm (23.０℃) フィルター特性 670.8nm ADC （analogue digital converter） Sampling frequency 300kHz PC Hα=656nm

  8. 計測装置（2） Outline chart R928(サイドオン型) photon cathode electron 図１ 単位（ｍｍ） dinode anode UV glass 二次電子放出比:2の場合 図２ 図１，２：　浜松ホトニクス（株）ＨＰより

  9. 670.8nm ： 励起の反応速度係数 ： 電子密度 ： リシウム原子密度 計測原理 Sheet Li beam emission spectroscopy Li+e- →Li* + e-→Li + hν+e- /sなので、電子と衝突した位置の密度情報を正確に捉えることができる

  10. Drift a×B drift Magnetic field acceleration ion + - + - + - + - + electron boundary - Electric field boundary E×B drift ni>n e ni<n e E×B drift フルート不安定性　イメージ図

  11. Drift Wave Magnetic field ＋ - 等密度線 濃 淡 高速カメラ動画 or 画像 θ方向 Drift wave イメージ図 フルートモード不安定性との大きな違いは、イメージ図のように、θ方向に有限の波長が存在していることである（ねじれが存在している）

  12. 1024points Sun • FFT（高速フーリエ変換） • 太陽光などをプリズムに通すと、それ含まれている様々な光を周波数ごとに分解することができる。この操作を数学的手法を利用して行う方法をフーリエ変換と言い、特にFFTは有限離散データを高速でフーリエ変換する方法である。 解析方法（１） Wave（300kHz）データを読み込み、小領域で区切りデータの平滑化を行う FFTを利用してスペクトルを求める パワースペクトルを求める オートパワー クロスパワー

  13. コヒーレンス フェイズ • コヒーレンスは干渉のしやすさを示す度合いであり、コヒーレンスの発生のしやすさは波長の位相の揃い方によって左右される フェイズはX(ｆ)、 Y(ｆ)の位相角を表しており距離と位相角より波の伝達速度が求められる。 解析方法（２） Wave（300kHz）データを読み込み、小領域で区切りデータの平滑化を行う FFTを利用してスペクトルを求める パワースペクトルを求める ある信号において、どの周波数成分が支配的であるかを示す コヒーレンスを求める ２つの信号間のある周波数における相関性を示す フェイズを求める 信号間の位相差を周波数ごとに示す

  14. 解析結果 • annular plasmaでの揺動 • 密度分布 • 密度揺動 • 揺動特性 • 2.垂直磁場印加による揺動特性変化 • 発光強度と相対振幅 • Coherence modeの安定化

  15. 1. annular plasmaと密度揺動 Li CCDカメラ強度分布 Li PMT信号の時間変化　 Bad curvature 揺動相対振幅　 10cm Prf = 1kW　　共鳴層は194 mm • プラズマ幅は約10cm。 • 1kWで生成したスラブプラズマの揺動相対振幅は約30%

  16. 1.2annular plasmaの密度分布 １）2次元密度分布 ２）R方向密度分布 • n~6×1017(m-3) • Ln~2.5cm Prf = 1kW　　共鳴層は164mm • Slab plasma は共鳴層に沿って垂直方向の密度等高線分布を示す。 • Ln ~ 2 cm • 1kW程度でプラズマカットオフ密度の~70%を生成。

  17. 1.3 Slab plasmaの揺動特性 パワースペクトルとコヒーレンス 低周波(~1kHz) ２乗相関係数の2次元分布 信号間位相差の2次元分布 • 　低周波領域の揺動が支配的で、broad なcoherent モードが存在　 • R方向相関長 > 5 cm 、z方向相関長>> 2.5 cm • R方向に位相速度　400m/s程度で伝播 17

  18. 2.1 垂直磁場印加による揺動特性の変化 Rres = 194mmBz = 50G / Bt=0.29 TPrf~1kW Li CCD映像のR分布 へのBz 効果 相対振幅へのBz 効果 • Bz印加によりslab 位置は若干内側にシフト（密度の減少？）　 • Bz印加により揺動相対振幅が0.3-0.5から0.1-0.2程度に減少する。 • ただし、揺動振幅そのものはむしろ増大

  19. 2.2 Bzによるcoherent modeの安定化 Rres = 194mmBz = 50G / Bt=0.29 T power spectra ２乗Coherence spectra • 　パワースペクトルでは、Bz印加により低周波成分が低下した • Bz印加により低周波揺動の２乗相関係数は急激に低下した。 • coherent モードの安定化が考えられる。

  20. ピッチ角による安定化効果 Rに対するピッチ角変化 2乗CoherenceへのBz 効果 • coherent モードの安定化が考えられる。 • 　垂直磁場を強くすることでピッチ角が大きくなっている。

  21. まとめ １）ECRで生成した初期slab プラズマは揺動相対振幅30%、低周波にコヒーレントモードが存在する。 R方向への位相速度が約400m/s で観測した。 ２）平衡のために印加した垂直磁場は相対振幅を下げ、揺動を安定化する 400m/s

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