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渥美 幸平*; 山口 智輝*; 長嶋 浩司*; 三枝 幹雄*; 福成 雅史*; 小田 靖久; 坂本 慶司
Plasma and Fusion Research (Internet), 8(Sp.1), p.2405077_1 - 2405077_4, 2013/06
A diplexer for high power millimeter wave has been developed as a fast switching device in ECCD system for improving a stabilizing efficiency of neoclassical tearing modes. The switching operation of diplexer was confirmed with the FDTD code developed in our laboratory and low power tests using a mock-up diplexer. The cooling design of half mirror will be a key issue of this development, so that the Ohmic loss of a miter bend and a half mirror of the ring resonator was estimated by the numerical simulations.
山口 敏和*; 福成 雅史*; 小松 怜史*; 小紫 公也*; 小田 靖久; 坂本 慶司; 船木 一幸*
no journal, ,
大気吸込式電磁デトネーションエンジン「マイクロ波ロケット」は、機体外部からのマイクロ波ビーム照射によりエネルギーを投入し、パルスデトネーション機構により推力を得る機関である。マイクロ波放電によるプラズマの電離波面と衝撃波面とで構成されるデトネーション波を用いる点以外は、PDEに似た要素を持つ。この機関は地上に繰り返し使用する高価な設備を残し、構造が簡素で安価な機体を使い捨てることで、宇宙空間への低コスト大量物資輸送機としての利用が期待される。大気吸込式とすることで飛躍的なペイロード比の向上も想定され、吸込部構造の検討を行った。実証へ向けた要素実験結果と大量物資輸送機としての展望について議論する。
小松 怜史*; 福成 雅史*; 山口 敏和*; 小紫 公也*; 荒川 義博*; 小田 靖久; 坂本 慶司; 船木 一幸*
no journal, ,
In order to construct huge space infrastructures, like Space Solar Power System (SSPS), low cost space transportation systems should be applied for transportation of these infrastructures because transportation cost a will be very expensive if conventional chemical rockets are used. One of the prospective solutions is a Microwave Rocket. This rocket can use the atmospheric air as a propellant during the flight in dense atmosphere. Thrust is generated by exhaust process of the compressed air by microwave detonation. Microwave detonation is a process in which a shockwave and an ionization wave front propagate together which begins with breakdown in the air by a high power microwave beam. A key to realize Microwave Rocket transportation system is developing high performance air-breathing system. CFD calculation was conducted to get the detail information of microwave detonation. Moreover, we developed thruster with reed valves and generated impulse using gyrotron. The effect of reed valves is discussed along with the calculation result.
山口 敏和*; 武市 天聖*; 小松 怜史*; 福成 雅史*; 小紫 公也*; 小田 靖久; 梶原 健; 高橋 幸司; 坂本 慶司
no journal, ,
マイクロ波ロケットの推進性能に寄与するミリ波駆動デトネーションの伝播速度はレーザー推進の場合に比べ速いことが知られている。この速すぎる伝播により電離領域の加熱率が低く、十分にデトネーション波背後の圧力が上昇し流体のエンタルピーに変換されていないと考えられる。したがって、その伝播を最適な速度に制御できれば、推進効率が向上すると期待される。この伝播速度制御のため、ジャイロトロンから照射されるミリ波のビームプロファイルを位相補正鏡により変換し、伝播速度を遅くして推進性能を向上させた。
武市 天聖*; 山口 敏和*; 福成 雅史*; 小紫 公也*; 小田 靖久; 坂本 慶司
no journal, ,
マイクロ波ロケットの推進性能に寄与するミリ波駆動デトネーションの伝播速度はレーザー推進の場合に比べ速いことが知られている。この速すぎる伝播により電離領域の加熱率が低く、十分にデトネーション波背後の圧力が上昇し流体のエンタルピーに変換されていないと考えられる。したがってその伝播を最適な速度に制御できれば、推進効率が向上すると期待される。実際、ビーム形状を変え、伝播速度を遅くし、推進性能を向上させた実験結果が得られている。以上に加え、伝播の最適な制御のためにはミリ波駆動デトネーションにおいて、まだ解明されていない内部構造の形成物理の解明が必要であると考えられる。
斎藤 翔平*; 小松 怜史*; 福成 雅史*; 小紫 公也*; 小田 靖久; 坂本 慶司
no journal, ,
マイクロ波ロケットは宇宙への次世代大量物資輸送手段として期待されている。周辺大気を吸気し推進薬とするため、高ペイロード比・低コストを実現すると期待されており、その吸気機構の開発が重要となる。そこで、軽量・簡素なリードバルブを導入し、推力発生過程で生じるロケット内部の圧力振動に対するリードの応答を再現し、計測した。さらに圧力変化の測定結果とCFDの結果を比較することで、リードからの吸気が推力向上に寄与する可能性を示した。
小松 怜史*; 斎藤 翔平*; 福成 雅史*; 山口 敏和*; 小紫 公也*; 小田 靖久; 梶原 健; 高橋 幸司; 坂本 慶司
no journal, ,
マイクロ波ロケットは宇宙への大量物資輸送手段として期待されている。周辺大気を推進薬とするため、高いペイロード比・低コストを実現すると考えられており、その吸気機構の開発が重要となる。本研究では吸気機構として推力発生過程で生じる圧力変動に合わせて自発的に開閉するリードバルブを採用した。さらにマイクロ波発振源ジャイロトロンを用いてロケットを作動させ、発生した高圧空気の圧力を計測することで吸気機構の推力への影響を算出した。その結果推力はリードがない場合に比べ2倍以上となり、マイクロ波の照射繰り返し周波数を増加させることでさらに推力を増加させることが可能であることがわかった。
渥美 幸平*; 山口 智輝*; 長嶋 浩司*; 三枝 幹雄*; 福成 雅史*; 小田 靖久; 坂本 慶司
no journal, ,
The high power wide band diplexer was designed and fabricated as a fast switching device for ECCD system. The switching operation was confirmed by numerical simulations and by low power tests. The new type short slotted metal plates were adopted as half mirrors in a diplexer. The high order diffractions were observed because of the periodical slot structure in a lengthwise direction. Non-periodical short slotted metal half mirrors will be tested in near future.
三枝 幹雄*; 渥美 幸平*; 山口 智輝*; 長嶋 浩司*; 福成 雅史*; 小田 靖久; 坂本 慶司
no journal, ,
A new type wideband diplexer as a fast switching device of high power millimeter wave has been developed for a multi-frequency electron cyclotron current drive system. The key points are design and material of half mirrors, so that sapphire disks and long slotted metal disks have been tested. The wideband (137 and 170 GHz) switching operation of the diplexer was verified using long slotted half mirrors in low power. However, long slotted mirror has poor thermal conduction, so that the short-slotted half mirror was proposed. In this presentation, the latest results of the development of wide band diplexer with new non-periodical short-slotted half mirrors is reported.
山口 智輝*; 渥美 幸平*; 長嶋 浩司*; 三枝 幹雄*; 小田 靖久; 福成 雅史*; 坂本 慶司
no journal, ,
本研究では、電子サイクロトロン加熱電流駆動システムに必要となる高速スイッチの開発、特に数値解析,実験により、そのキーコンポーネントである全金属ハーフミラーの最適化を行った。数値解析より、金属の割合で反射率を変えることができ、スロットの非周期構造で高次回折波を抑制できることがわかった。また、解析に基づいた実験により反射率を上げることで高速スイッチの共振のQ値を高め、非周期スロットで高次回折波の抑制に成功した。
山口 敏和*; 武市 天聖*; 福成 雅史*; 小紫 公也*; 小田 靖久; 梶原 健; 高橋 幸司; 坂本 慶司
no journal, ,
大電力ジャイロトロンを用いた大気圧ミリ波放電を起こすとき、電力密度の高い条件下ではフィラメント構造を有するプラズマが形作られる。この現象はミリ波ビームをプラズマが吸収・反射することによるものと考えられるが、詳細な物理はまだ議論されていない。そこで、ミリ波ビームのプロファイルを変化させたときの形状進展の様子を高速度カメラにより撮影し、粒状のプラズマの配置を計測した。また、この実験条件を模擬した電磁界分布を与えたときの電離進展の数値計算による再現を試みた。
栗田 哲志*; 斎藤 翔平*; 福成 雅史*; 山口 敏和*; 小紫 公也*; 小田 靖久; 梶原 健; 高橋 幸司; 坂本 慶司
no journal, ,
マイクロ波ロケットは外部からのエネルギー供給による大気吸込み式デトネーションエンジンであり、高ペイロード比による低コスト次世代大量物資輸送手段として実用化が期待されている。kg級モデルロケットの鉛直打ち上げ実験を行うため、過去の実験で達成した30Nの推力を定常的に維持する必要がある。そこで過去の研究で推力低下の問題となったマイクロ波集光部以外での放電開始現象を克服し、高周波作動時の推力向上することを本研究の目的とした。この放電の抑制のためリード弁吸気機構を改善し推力向上の指針を得た。
高橋 幸司; 梶原 健; 小田 靖久; 福成 雅史*; 池田 幸治; 大島 克己; 坪田 直明; 坂本 慶司
no journal, ,
ITER水平ポートECランチャーの基本仕様は、(1)トータル20MW入射、(2)順逆両方向のトロイダル入射角可変(13.4MWを20
40、6.6MWを-40-20)であり、また、将来予定のパワーアップグレードを考慮した1伝送ラインあたり1.8MWのパワー伝送(順方向に26.8MW、逆方向に13.2MWを入射)が要求される。このほかに、プラズマ輻射,高周波ロス,核発熱などによる機器の発熱やプラズマディスラプション時に誘起される電磁力に対する健全性、DT運転時の中性子に対する遮蔽性も必要である。さらに、真空容器ポートや1次冷却系,遠隔保守機器との取り合いも考慮し、それらとの整合性も念頭に設計と機器開発を進めている。水平ポートECランチャーはEC H&CDシステムの伝送系と取り合い、ランチャー伝送系の導波管は、真空・トリチウム境界である圧力閉板を貫通する。導波管前方にはフォーカスミラーを設置し、その対面に可動ミラーを設置する。そして、その可動ミラーを回転させることによりトロイダル方向に高周波パワー入射角度を変更する。中性子遮蔽性能を上げるためにフォーカスミラーの位置を20cm導波管出口側にずらし、その空いた空間に遮蔽体を設置できるようにしている。これらの設計に基づいたECランチャーモックアップ(1/3ユニット分)を製作し(図1)、大電力高周波伝送実験を開始した。ランチャー前方に高周波吸収体によるスクリーンを設置して測定した放射分布を示す。上から順に、20, 30, 40である。ほぼ設定通りに放射されることが確認できた。サイドロブが観測されたが、可動ミラー上でも同様に観測されており、ほとんど散乱されずにランチャー外部に放射されることがわかった。
栗田 哲史*; 斎藤 翔平*; 福成 雅史*; 山口 敏和*; 小紫 公也*; 小田 靖久; 梶原 健; 高橋 幸司; 坂本 慶司
no journal, ,
マイクロ波ロケットは宇宙開発のための超低コスト大量物資輸送手段として期待されている。周辺大気の利用、パルスデトネーションによる簡素な構造、ビーム発信源の地上設置により超低コスト化を実現できる。過去の研究では高繰り返し周波数下で吸気不十分となり、推力が低下した。そこでリード弁式吸気機構を導入しているが、本研究では高繰り返し周波数領域においてリード弁の有無で推力測定実験を行い比較した。その結果、推力が得られる繰り返し周波数が200Hzから250Hzに拡大した。
福成 雅史*; 山口 敏和*; 斎藤 翔平*; 栗田 哲史*; 小松 怜史*; 小紫 公也*; 小田 靖久; 梶原 健; 高橋 幸司; 坂本 慶司
no journal, ,
筒状の推進機にマイクロ波を照射し、集光することで推進機内部空気を放電させ、その放電プラズマによる衝撃波を利用して推進力を得ることができる。このマイクロ波ロケットは推進機周辺空気を推進剤として使え、また単純な構造を持つため宇宙開発の低コスト化を実現する次世代の打ち上げ機として期待されている。マイクロ波の照射繰返し周波数を上げると本来の着火点以外でプラズマが着火し、推力性能を大きく低下させる。本研究ではリード弁を用いて吸気性能を上げ、この問題の改善を行った。
小田 靖久; 高橋 幸司; 福成 雅史*; 梶原 健; 小林 貴之; 森山 伸一; 坂本 慶司
no journal, ,
ITER equatorial launcher (EL) for EC H
CD is designed based on quasi-optical beam transmission and mode purity is important parameter for its transmission efficiency. In JAEA, mode conversion by ITER relevant TL system and ITER equatorial launcher (EL) mock-up was studied. Firstly mode content of TL output was measured using 40 m long distance TL test stand and mode conversion caused by cold TL component was obtained. Next mode content was also measured after 600 kW / 200 s long pulse operation. As a result, mode conversion of hot TL was increased by 10
from the result. The mode purity at EL mock-up was measured with low power test system. Measurement of beam profile of waveguide output deduced the mode conversion in mock-up system. Then beam profile at quasi-optical transmission and stray RF field of the beam duct wall were measured.
浅井 健太*; 山口 敏和*; 福成 雅史*; 小紫 公也*; 小田 靖久; 坂本 慶司
no journal, ,
マイクロ波ロケットの性能を実証する10mの打上げ試験に向けて、マイクロ波の長距離空間伝送系の改良を行った。送電系のミラーに位相補正鏡を導入し、伝送ビームのプロファイルを改善することで従来の系より倍近くのピーク電力密度を得た。また直線テーパ型の受電形を開発し、94GHzの低電力発振器で推進器内部の電力密度分布を測定した。さらにジャイロトロンを用いた大電力実験ではプラズマの着火、デトネーション駆動及び推力生成に成功した。
小田 靖久; 渥美 幸平*; 山口 智輝*; 長嶋 浩司*; 三枝 幹雄*; 福成 雅史*; 坂本 慶司
no journal, ,
核融合プラズマの閉じ込め改善において、NTM制御のため磁気島中心に局所的な電子サイクロトロン電流駆動が求められる。リング共振器型ダイプレクサーは、高速での出力方向の切り替えを実現するものであり、効率的な電流駆動によるNTMの抑制を実現することができると考えられる。本研究では、導波管リングで構成される共振器構造をもったダイプレクサーの出力ビームに含まれる不要高次モード成分の影響についての評価を行った。実験では、サファイアディスクをハーフミラーに用いたダイプレクサーについて、出力ビームに含まれる基本伝播モード(HE
)純度と高次モード成分を算出した。その結果、共振周波数での運転時、共振時出力ポート(P4)において、HE成分が98程度まで向上したことが確認、本ダイプレクサーがモードフィルタとして動作することを確認した。次に、170GHz大電力ジャイロトロンを用いて、非周期スロットミラーを使用したダイプレクサーの大電力実験では、入力ビームのHE成分が86だったのに対してP4出力は90以上が得られ、低電力試験と同様にモードフィルタの効果が確認できた。
福成 雅史*; 山口 敏和*; 齋藤 翔平*; 栗田 哲志*; 小紫 公也*; 小田 靖久; 梶原 健; 高橋 幸司; 坂本 慶司
no journal, ,
マイクロ波ロケットは照射したマイクロ波を推進力に変換して飛行する打上げ機であり、宇宙への物資輸送コストを低減化するとして期待されている。本研究ではマイクロ波ロケットの吸気性能改善のためリード弁式吸気機構を開発し、実際に1MW出力のジャイロトロンを用いて試験を行った。推進器内部の圧力履歴を計測しマイクロ波照射ごとの圧力上昇,衝撃波伝搬速度を求めた。結果としてリード弁を搭載した場合、吸気によるマルチパルス運転時の圧力上昇率の改善が見られた。
長嶋 浩司*; 山口 智輝*; 滝井 啓太*; 関口 賢治*; 三枝 幹雄*; 小田 靖久; 福成 雅史*; 坂本 慶司
no journal, ,
大電力ミリ波帯高速スイッチの高周波特性について電磁界解析コードXFdtdにより数値シミュレーションを行った。その結果、共振器長を長くすれば、20MHz程度の周波数変調でスイッチが切り替わることが確認された。また、位相補正鏡の検討を行い、モード純度が切り替え特性に与える影響について評価を行った。以上を総合し、高周波特性の最適設計を行った。
