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ドキュメント内 研究成果報告書 (ページ 151-172)

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2) ዊ็㓉ਯޔゞ↰ ੫ޔઁޔ㌃෸߮㌃ว㊄ᛛⴚ⎇ⓥળ╙ 51 ࿁⻠Ṷᄢળ᭎ⷐ㓸ޔ੩ㇺ࠹࡟ࠨޔ (2011.11.14-15), p.81.

3) ゞ↰ ੫ޔMohd Yusairyޔᷰㆺ⧷㓶ޔઁޔ㌃ߣ㌃ว㊄ޔ㌃ߣ࠲ࡦࠣࠬ࠹ࡦߣߩធว᧚ߩ⎬ߐߣ

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W Cu

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Fig.2 Electron beam heating test of W/F82H/OFHC joint.

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ゾーンプレートを使った QUEST プラズマ計測 

電気通信大学  竹田辰興   

【目的】磁気閉じ込めプラズマの実験的研究においては電磁波計測が有効で、中でも可視光を中心と する画像計測は重要である。本研究はゾーンプレートによるプラズマ画像計測法の開発を目的とする。 

【研究概要】ゾーンプレート(ZP)は、ガラスレンズ等が屈折によって光を収束するのと異なり、

回折と干渉によって光を収束させる光学素子である。ZP を用いると極めてソフトでコントラストの 弱い写真が撮れるのが普通である。これは、ZP による解像度が低い訳ではなく、回折されずに像面 に届く背景光のためである。点光源の像の解像度自体はゾーン数を多くすることによって大きくする ことができる。X 線や短波長紫外線等の収束のためにはガラスレンズが使えないので ZP が広く有効 利用されているが、可視光の場合にはガラスレンズによって鮮明な画像が簡単に得られるので今まで 物理実験等の計測方法として利用されることがなかったようである。光学素子としての ZP の特徴は 次のように整理できる。①ガラスレンズと違い光線が通る経路を真空にできる、②焦点距離が光の波 長に逆比例するのでガラスレンズに比べて分散がきわめて大きな素子ができる、③ゾーン数を増やす と解像度が増加し、焦点深度、被写界深度が浅くなる。このうち、①の特徴は、既に記したように、

可視光以外の計測分野で有効利用されている。②の特徴に関しては、分散の向きが通常のガラスと逆 であることを利用した超高性能色消しレンズが可視光分野での利用例の一つである。本研究では特徴

②および③に焦点を当て、ZP の QUEST プラズマ計測に利用する方法を研究する。具体的には、な るべく浅い被写界震度でプラズマのHα線による像を撮影することである。 

  今年度は、ZP の設計と基本的性能の分析、自然光下での(プラズマ以外の)被写体撮影による特 徴②および③の検討、問題点および今後の課題の検討、を行った。これらについて記す。 

ZP の設計と基本性能の解析:ZP にはいくつかの変種があるが、基本的な「フレネル型ゾーンプレー ト(FZP)」はプレート面上に同心円状の透明領域と不透明領域を交互に設けたものである(図1、

黒い部分が透明)。n 番目の同心円の半径rnは、同位相で透明領域を出た光が焦点面上で強め合うよ うな条件によって求められるので、波長λの光に対して焦点距離 f をもつ ZP ではrn = nλf とな る。したがって、同じ ZP については、λf は一定値である。このような ZP の収束性能を調べるに は、平行光線が ZP に入射するときにプレートからzの位置にある像面上の半径Rの点における光の 強度U(R,z)を示す次式を計算すればよい。 

      U(R,z)= Um(R,z)

m=1

M , Um(R,z)= 1λ ρz2exp(jkρ)rdrdθ Am

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λ , ρ =

[

z2+R2+r2 −2Rrcosθ

]

12

ここでは光軸上無限遠にある点光源の(軸対称な ZP による)像を考えているので像面上の位置もR

だけの関数になっている。ゾーン数、焦点距離、設計波長を変えてこの計算を行い、点光源像の広が り、焦点深度、色収差の大きさを求めて、本研究の基礎資料とした。図2〜図3は設計波長 550 nm、

焦点距離 100 mm の ZP についての計算の例である。 

実際の撮影での焦点深度、色収差の検討:デジタル一眼レフカメラ Olympus E-510 に ZP を装着し て赤(R)・緑(G)・青(B)および黄(Y)のラベルで作ったテストパターン(図4)を撮影して被写界深度 およびその光の波長依存性について調べた。なお、ZP は波長 550 nm 用に設計したもので像面まで の距離は b=200 mm に固定してある。撮影は a=150~350 mm について行った。図5、6に結果 の例を示す。カラーラベルが反射している波長分布が不明なので定量的比較はできないが図3と矛盾 のない結果が得られた。なお、写真の右側の円弧と中央の白点は鏡筒内の反射防止処理が不足してい るためである。 

問題点と今後の課題:ZP の特徴を生かした可視光画像計測の可能性は理論計算およびモデル撮影で 示されたが、磁気閉じ込めプラズマの画像計測に適用するにはいくつかの課題を解決する必要がある。

大きな問題は背景光によるコントラストの低下である。対策はいくつか考えられるが一層の研究が必 要であろう。次に重要なのは明るさの確保である。ゾーン数を増やせば解像度が上昇するとともに明 るくもなるが、背景光も増加するという困難もある。この対策についても研究が必要である。 

 

     図1:ZP の例      図2:被写界深度のゾーン数依存性    図3:被写界深度の波長依存性        ゾーン数:19         ゾーン数(上から 59,39,19)  f=100mm, b=200mm, RGBY 

          

      図4  テストパターン    図5  a=200 mm      図6  a=300 mm         

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1. Behavior of tritium in plasma-sprayed tungsten coating on steel exposed to tritium plasma, T. Otsuka, T. Tanabe and K. Tokunaga, 13th International Workshop on Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications, Rosenheim, Germany, 11 May 2011, 9-13 May 2011, P37B

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1. Behaviour of tritium in plasma-sprayed tungsten coating on steel exposed to tritium plasma, T. Otsuka, T.

Tanabe, K. Tokunaga, Phys. Scr. T145 (2011) 014035.

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ドキュメント内 研究成果報告書 (ページ 151-172)

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