2008/6/16 月例発表 2次元リチウムビームプローブ法を用いた CPD円環状プラズマにおける密度揺動計測了戒智文1) , 図子秀樹2) , 森崎友宏3) ,,R Bhattacharyay1) , 九大CPD実験グループ武藤敬3)、久保伸3)、長崎百伸4） 1)九大総理工 2)九大応力研 3)NIFS 4)京大図子研究室 M2 了戒智文目次 1. 研究背景、目的 2. 実験装置 3. 計測装置 4. 解析結果 1. 垂直磁場（Bz）印加による揺動特性 2. Bzと相対振幅 1. シアー長と揺動特性 2. 連結長と揺動特性 5. まとめ研究背景、目的研究背景電流立ち上げに利用するＲＦの変換効率を上げるためには急な密度勾配が必要である。しかし、密度勾配は変換効率を低下させる不安定性を駆動することがわかっており、揺動の安定化が必要である。研究目的ＣＰＤ装置の円環状プラズマで垂直磁場を印加し連結長と磁気シアーを変化させ、揺動特性を調べる実験装置ＣＰＤ実験装置とLiオーブンの配置ファイバー計測位置 CPD（放電管半径 ≒0.6m,高さ±0.5m）水素ガスを用いて高周波（8.2GHz,100kW）を利用したECRによるプラズマ生成（R～0.160.2m）垂直磁場（～40G）を印加し、正曲率ミラー配位で電流駆動(～3kA)の実験計測装置 Li + e- → Li* + e- → Li + hν 計測装置（シートLi Beam LiIの発光強度と電子密度揺らぎの関係式 Turbulence Spectroscopy）アンプ Liビーム周波数特性 500kHz I LiI x  ne ( x)nLi ( x)  ve exc  ve  exc ：励起の反応速度係数 10m nLi (x) ：リシウム原子密度レンズ ne (x) ：電子密度光電子増倍管(R928) 受光面サイズ 8＊24mm ADC PC Sampling frequency 300kHz ~ n~ I  n I 関係式より、発光強度の揺動は密度揺動と等価である解析結果円環状プラズマでのBz=0Gにおける電子密度分布と揺動特性 -100 -150 180 200 R (mm) 220 240 0.34 0.3 0.28 0.24 0.32 0.32 0.4 0.42 0.34 0.38 0.36 0.34 0.26 0.32 0.36 0.17 0.18 0.19 0.20 0.21 0.22 R(m) 相対振幅分布密度勾配（-120mm）密度分布 507795_0.18_0.2 0.3 -130 -0.105 -0.110 -0.115 -0.120 -0.125 0.22 0.26 -3 -120 -140 n~/n=0.3 250x10 200 150 100 50 0 180 190 200 210 R(m) ne_2d(7795) 0.3 15 15 300 ne(m ) x10 250 0.32 0.24 200 0.24 RF=1ｋW 150 0.28 0.26 -110 Z(mm) 507795 （BZ=0T BT=0.3T） 100 Z(m) 50 Ln≒2.6cm n~/n=0.24 ne_2d(7846) 15 -120 300 Z(m) -130 200 100 -140 0 -150 180 200 R (mm) 220 240 180 200 220 240 R(m) -0.105 -0.110 -0.115 -0.120 -0.125 密度勾配（-120mm） Ln≒4.6cm 507846_0.18_0.2 0.2 0.3 15 0.3 400x10 0.24 0.22 0.26 0.28 0.32 300 0.18 250 ne(m ) x10 200 0.22 150 0.18 RF=1ｋW 100 -3 Z(mm) 507846 （BZ=0.0032 T BT=0.3T） 50 -110 0.2 -100 0.28 円環状プラズマでのBz=32Gにおける電子密度分布と揺動特性 0.28 0.32 0.17 0.18 0.19 0.20 0.21 0.22 R(m) •密度分布は、Z方向に等密度線が存在しており、Ｒ方向には密度勾配ががあり、 Ln≒2.6cm、4.6cm程度の差がある •相対振幅値はＢｚ印加により20%（0.3=>0.24）低下した円環状プラズマでのBz=0Gにおける電子密度分布と揺動特性 0.8 20 0.6 0.4 10 0.2 0.0 6 7 2 3 3 4 5 6 7 0 7795_17_180_200_1.5kHz 507795_20_45_180_200ms 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 10 パワースペクトル,コヒーレンス 2 0 -2 0.17 0.18 0.19 0.20 0.21 0.22 R(m) コヒーレンス二次元分布(1.5kHz) 4 f(Hz) 10 2 -0.105 -0.110 -0.115 -0.120 -0.125 phase (rad) 30 Z(m) coh_507795_20_180_20 'Save_20_507795_0.18_0.2' power(a.u.) coherence^2 1.0 507795_20_45_180_200ms 6 7 2 3 4 5 6 7 3 2 4 10 10 f(Hz) フェイズスペクトル（deg）円環状プラズマでのBz=0Gにおける電子密度分布と揺動特性 30 507846_20_45_180_200ms coherence^2 power(a.u.) 0.8 20 0.6 0.4 10 0.2 0.0 6 7 2 3 10 3 4 5 6 7 f(Hz) 2 4 10 0 -0.105 -0.110 -0.115 -0.120 -0.125 7846_12_180_200_1.5kHz 507846_20_45_180_200ms 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.17 0.18 0.19 0.20 0.21 0.22 R(m) phase (rad) coh_507846_20_180_20 'Save_20_507846_0.18_0.2' z(m) 1.0 2 0 -2 6 7 2 3 4 5 6 7 3 10 2 4 f(Hz) 10 •ﾊﾟﾜｰスペクトルは、共にf≒1.5kHzで最大値を示しＢｚ印加によりf<8kHzで低下した • コヒーレンススペクトルは、Bz=0Gで600Hz<f<8kHzで0.8程度を示し、1.5kHzでは、Z方向に2.5cm以上,Ｒ方向に5cm以上の相関長を確認。Bz印加により0.2まで低下し分布では、局所的な存在を確認 •フェイズスペクトルは、低周波領域（f<7kHz）でBz=0Gで位相差はないが、Ｂｚ印加により低周波領域で最大で2rad程度の位相差を確認連結長（Lc）と相対振幅値 0.44 0.40 0.36 0.32 0.28 0.44 0.40 ~ n /n ~ n /n Bzと相対振幅値 0.36 0.32 0 -10 -20 -30 Bz(G) -40 -50 相対振幅値は（垂直磁場）Bz=0Gで 0.44程度を示していたが、Bzの増加と共に低下し49Gでは0.29程度まで低下した。 80 120 160 Lc(m) 200 Inf. •連結長(Lc)に対する相対振幅値 (n~/n)の変化では、 Lcの低下と共に n~/nは低下した •Lc>188mではn~/nの急激な低下が見られる -49G(Lc=61.7m) -40G(Lc=74.1m) -30G(Lc=99.4m) -24.5G(Lc=125m) -15.3G(Lc=188.6m) -9.8G(Lc=199.9m) 0G(Lc=inf.) 15 10 06 7 2 3 coh^2 4 5 67 f(Hz) 10 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 6 7 3 2 10 4 コヒーレンススペクトル -49G(Lc=61.7m) -40G(Lc=74.1m) -30G(Lc=99.4m) -24.5G(Lc=125m) -15.3G(Lc=188.6m) -9.8G(Lc=199.9m) 0G(inf.) coh^2 5 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 14 12 10 8 6 80 2 3 10 3 4 5 67 f(Hz) 2 4 10 120 160 Lc(m) 200 Inf. 20ch_Power(a.u.) 20ch_power(a.u.) 短絡（連結長の変化）による揺動特性（f=1.5kHz）シアー長の変化によるコヒーレンスとパワーパワースペクトル •パワースペクトルは、Lc=inf.では低周波領域(f<4kHz)に幅のあるピークが見られたが、Lc<200mは低周波領域にピークは見られない •コヒーレンススペクトルは、Lc=199mではLc=inf.と同様に低周波領域でcoh^2≒0.8 程度を示したが、Lcを短くすると600Hz<f<20kHzでcoh^2≒0.3程度を示した •f=1.2kHzのパワーは Lc=199mで低下が見られるが、コヒーレンス値はLc=188mで低下がみら、その後両者共に低い値を示した磁気シアーと揺動特性 0.50 ~ n /n 相対振幅値 0.40 11/15 7/11 7/10-7/11 7/11 0.30 30 40 50 60 Ls(cm) •相対振幅値はLs=77cmでは、0.5程度を示していたが、Ls=30cmでは、0.3程度まで低下した。 70 ch20_Power ﾊﾟﾜｰスペクトル •シアー長による大きな違いは見られない •Ls≒27cm ,Ls≒77cm共に低周波領域にピークが見られる場合もある。 •ピークの最大値はLs=inf.(Bz=0)より低 2 い (SN506612)Ls=27.9cm (SN506636)Ls=27.8cm (SN506622)Ls=77.5cm (SN506623)Ls=77.5cm (SN506619)Ls=27.9cm 12 8 4 06 7 2 3 10 3 4 5 67 f(Hz) 4 10 磁気シアーと揺動特性 1.0 506536_20_45_105_115ms 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 6 7 2 3 (SN506536Ls=27.8cm) (SN506612Ls=27.9cm) (SN506619Ls=27.9cm) (SN506522Ls=77.5cm) (SN506523Ls=77.5cm) 3 4 5 6 7 2 10 10 8 6 4 power(a.u.) 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 30 40 50 60 Ls(cm) •Ls≒27cm では、低周波領域 (1kHz<f<3kHz)にピークが見られる場合がある。 •Ls=inf.(Bz=0G)に比べ、ピークの値と幅共に低下した。 4 f(Hz) 10 coh^2 coherence^2 コヒーレンススペクトル 70 1.2kHzでのﾊﾟﾜｰとコヒーレンス •コヒーレンス値はシアー長が短くなると低下した •ﾊﾟﾜｰの値は27cm<Ls<78cmでは大きな変化は見られなかったまとめ •垂直磁場印加する相対振幅値が低下しﾊﾟﾜｰスペクトルでは低周波領域(f<8kHz)のピークが消えた。 •低周波領域(f<8kHz)でのコヒーレンス値の低下も見られた。 •垂直磁場強度の増加と共に相対振幅値が低下した。 •連結長が短くなると、 Lc<188mではf=1.5kHzで相対振幅値とﾊﾟﾜｰスペクトル値、コヒーレンス値の低下が見られ揺動が安定化されたと考える •シアー長が短くなることにより相対振幅値の低下は見られた。 •パワースペクトルでは、Bz=0Gに比べ低周波領域でのピークの低下が見られたが、 27cm<Ls<78cmでのシアー長による変化は見られない。 •27cm<Ls<78cmのシアー長の変化では、コヒーレンス値の低下が見られた。