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梶原 健; 高橋 幸司; 小田 靖久; 小林 則幸*; 坂本 慶司
Fusion Engineering and Design, 89(1), p.6 - 10, 2014/01
被引用回数：4 パーセンタイル：30.92(Nuclear Science & Technology)A high power (20 MW) and CW millimeter wave (mm-wave) injection is planned for Electron Cyclotron Heating and Current Drive (EC H&CD) in ITER. An optimization of the mm-wave system for the ITER EC H&CD Equatorial Launcher (EL) is performed. The optimization of the system is aimed to obtain the maximum transmission efficiency on the condition that 1.8 MW injection per waveguide, 20 cm in beam radius at the resonance layer and narrow opening of the Blanket Shielding Module (BSM). The transmission efficiency of 99.1% from the end of the waveguide inside the launcher to the output of the BSM is achieved. The mm-wave propagation with high order modes is also calculated by using an experimentally obtained high power mm-wave beam pattern that includes 95%HE11, 0.6%LP11, 0.2%LP02 and 4.2% other higher order modes. The analysis predicts the 1-2% additional loss will be induced by the high order modes.
坂下 哲哉; 浜田 信行*; 川口 勇生*; 大内 則幸; 原 孝光*; 小林 泰彦; 斎藤 公明
PLOS ONE (Internet), 8(7), p.e70291_1 - e70291_10, 2013/07
被引用回数：7 パーセンタイル：33.64(Multidisciplinary Sciences)コロニー形成能の測定は、放射線照射後の細胞の重要な情報を与える。通常、50個以上の細胞からなるコロニーを、増殖可能な細胞からなるコロニーとして生存率を評価してきた。しかし、従来無視されてきた50個に満たない細胞からなるコロニーに関して詳細に調べたところ、サイズ分布が対数-対数グラフで直線にプロットできることがわかった。本研究では、この直線関係について分岐プロセスモデルを導入し、世界で初めて照射後の数世代にわたる細胞増殖死の確率を推定できることを発見した。また、従来、増殖可能なコロニーとして評価されたてきた生存コロニーに、このモデルを拡張応用することにより、生存率曲線を再現することに成功した。この一連の解析により、放射線照射後の細胞の継世代的な影響には、比較的短い数世代に及ぶ増殖死が高まる影響と、それよりも長い世代にわたって継続する増殖死の機構が存在することを明らかにした。本研究による、半世紀以上見過ごされてきたコロニーアッセイの隠れた重要性の指摘と、コロニーアッセイによる継世代影響解析方法の提案は、今後の放射線生物研究の進展に重要な貢献を果たすものと期待される。
高橋 幸司; 飯田 浩正*; 小林 則幸*; 梶原 健; 坂本 慶司; 大森 俊道*; Henderson, M.*
Fusion Science and Technology, 63(1T), p.156 - 159, 2013/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)ITER水平ポートECランチャーの要素機器における核発熱や中性子負荷、後方部におけるハンズオンメインテナンスの可能性などを評価するための核解析を行っている。モンテカルロ粒子シミュレーションコードを用いて、プラズマからランチャー周りの空間への中性子漏洩を計算した。その結果、ランチャーポートプラグと真空容器のポートとの細いギャップや、ポート壁を介して漏洩する中性子がランチャー後方での中性子フラックスに影響することが判明したものの、停止後線量率は、設計許容値である100
Sv/hレベル程度になることがわかった。
高橋 幸司; 梶原 健; 小田 靖久; 小林 則幸*; 坂本 慶司; 大森 俊道*; Henderson, M.*
Proceedings of 24th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2012) (CD-ROM), 8 Pages, 2013/03
プラズマ電流の方向に対し順/逆・両方向に20
40
のトロイダル入射角度可変で20MWのミリ波パワー入射を可能とし、さらに、耐熱性,耐電磁力,中性子遮蔽性能が要求されるこれまでに例のない大規模のITER用ECランチャーの設計やその要素機器開発を進めた。3ユニット存在するミリ波伝送部の設計では、導波管伝送機器と空間伝送を組合せた構造とすることで低コスト化を図った。可動入射ミラーの最大熱負荷及び空間伝送領域の伝送効率は、それぞれ2.1MW/m
、98.499%となり、熱負荷低減効果は1/3程度、伝送効率の影響は1%以下とすることに成功した。遮蔽ブランケットの設計も進め、製作性や耐熱性,電磁力低減などを考慮した設計を確立した。それらの設計を保証するための熱・構造解析や電磁力解析、冷却水の流動解析など実施し、ECランチャー全体の基本設計を確立した。その設計に基づき、ECランチャーモックアップなどの製作を進め、設計の整合性を確認するための大電力伝送実験を実施し、設計通りのミリ波ビーム放射を確認し、現設計の有効性を実証した。また、実機相当の真空窓モックアップや可動ミラー駆動機構の性能評価試験も実施し、ITERの運転で使用できる見通しを得た。
高橋 幸司; 梶原 健; 小田 靖久; 春日井 敦; 小林 則幸*; 坂本 慶司; Doane, J.*; Olstad, R.*; Henderson, M.*
Review of Scientific Instruments, 82(6), p.063506_1 - 063506_7, 2011/06
被引用回数：19 パーセンタイル：64.05(Instruments & Instrumentation)ITER相当の電子サイクロトロン加熱電流駆動システム(ITER EC H&CD)の大電力実験を行った。システムは、170GHz, 1MWジャイロトロン、短距離・長距離の伝送系、ITERランチャー(アンテナ)モックアップから構成される。伝送系は、整合器,コルゲート導波管,6個のマイターベンド,導波管スイッチ,遮断弁からなり、ランチャーモックアップは、現設計に基づいて構築した。伝送系については、ITER仕様を超える1MW/800秒の伝送、0.5MW/1000秒という定常伝送に成功し、大電力・長パルス伝送による伝送系のダメージもなく、実験中、系内の放電も観測することはなかった。伝送効率は96%と、これについても仕様を超える結果を得た。ランチャーモックアップについては、ミリ波放射仕様である20-40度の放射角可変性を実証した。これらの結果は、ITER EC H&CDシステムの実現可能性を証明するものである。
坂本 慶司; 春日井 敦; 梶原 健; 高橋 幸司; 小田 靖久; 林 一生; 小林 則幸*
Nuclear Fusion, 49(9), p.095019_1 - 095019_6, 2009/09
原子力機構における大電力ジャイロトロン開発の成果を発表するものである。ジャイロトロンは3極電子銃を有しており、円筒型空胴共振器で170GHz, TE
モードを発振する。また、ダイヤモンド出力窓,電圧降下型コレクターを有することを特徴とする。ITERの基本要求性能を満たした後、3年間の運転で約200ギガジュールのエネルギーを出力した。この結果に基づき、1MW以上の出力を目指した発振モードTE
のジャイロトロンを設計製作した。これと平行して、ITERプラズマにおける新古典論テアリングモード抑制のための出力変調の可能性,2周波数ジャイロトロン,高速周波数制御の可能性を明らかにした。
坂本 慶司; 春日井 敦; 梶原 健; 高橋 幸司; 小田 靖久; 林 一生; 小林 則幸*
Nuclear Fusion, 49(9), p.095019_1 - 095019_6, 2009/09
被引用回数：75 パーセンタイル：92.68(Physics, Fluids & Plasmas)Recent progress on the high power gyrotron development in JAEA is presented. The gyrotron is featured to have a triode type magnetron injection gun, a cylindrical resonator working at 170 GHz with TE31,8 mode, a water-cooled diamond window and a depressed collector. After the demonstration of ITER basic performance, the gyrotron has been operated for 3 years, and recorded 200 GJ of total output energy. In the next, a gyrotron which oscillates at higher order resonator mode, TE31,12, is designed and fabricated to study the long pulse oscillation at greater than 1 MW. In parallel, feasibility studies of a CW-power modulation for NTM (Neo classical Tearing Mode) stabilization, a dual frequency gyrotron and a rapid frequency control are carried out. It is shown that these gyrotrons will be available with present technologies.
Jacquinot, J.*; Albajar, F.*; Beaumont, B.*; Becoulet, A.*; Bonicelli, T.*; Bora, D.*; Campbell, D.*; Chakraborty, A.*; Darbos, C.*; Decamps, H.*; et al.
Fusion Engineering and Design, 84(2-6), p.125 - 130, 2009/06
被引用回数：24 パーセンタイル：82.29(Nuclear Science & Technology)ITER用電子サイクロトロン波(EC),イオンサイクロトロン波(IC),中性ビーム(NB)、そして低域混成波(LH)について、その物理と工学の両面の進展を2007/2008年にレビューした。全体仕様の変更はないものの、以下のような設計変更があった。第一に、DTフェーズの前に全パワーである73MW入射をルーティンに入射可能となるように調整すべきこと。第二に、NBを水素フェーズにもフルパワー入射が可能となるように対向壁を用意する、IC用によりロバスト名アンテナ2式を用意する、またECには2MW容量の伝送系を用意して、増力を容易にする。さらにRF源と計測及び加熱用ポートプラグの試験施設となる付属建屋を用意する。第三に、LHのようにITERの長パルス運転時に適した電流駆動システムを開発するための計画の必要性が認識された。
梶原 健; 春日井 敦; 小田 靖久; 高橋 幸司; 小林 則幸*; 坂本 慶司
Plasma and Fusion Research (Internet), 4, p.006_1 - 006_3, 2009/03
First repetitive operation of a 170 GHz long pulse gyrotron with quasi-CW (400 sec pulse width) and high power is presented. Five hours of repetitive operation with 30 min intervals was successfully achieved without any major problem. During the 5 hours of operation, 800 kW output power is maintained, the oscillation efficiency is 35% and the total efficiency including the depressed collector is 56%. The pressure inside the gyrotron returns to the original level after 20 min. The results show the clear prospect for the application of 170 GHz gyrotrons to heating and current drive experiments on ITER.
梶原 健; 高橋 幸司; 小林 則幸; 春日井 敦; 坂本 慶司
Fusion Engineering and Design, 84(1), p.72 - 77, 2009/01
被引用回数：14 パーセンタイル：66.94(Nuclear Science & Technology)An optimization procedure of the quasi-optical system for millimeter wave launcher is developed for the ITER electron cyclotron heating and current drive (EC H&CD) launcher. In the launcher, the radiated RF beams from 8 corrugated waveguides are reflected sequentially by two finite-sized mirrors and radiated into a plasma through the small aperture of the blanket shield module on the top of the launcher. Using a steepest decent method, the heat load on the mirrors are successfully reduced to the acceptable level by flattening the RF power profile on the mirrors keeping the spilling out of the RF power minimum from the mirrors. It is found that 20 MW injection will be acceptable even when the resistivity of 2.64
m for the surface of the mirror (Dispersion strengthened copper, 151C assumed) is increased by factor 10 with a contamination.
高橋 幸司; 梶原 健; 小林 則幸; 春日井 敦; 坂本 慶司
Nuclear Fusion, 48(5), p.054014_1 - 054014_9, 2008/05
被引用回数：24 パーセンタイル：66.52(Physics, Fluids & Plasmas)ITER水平ポートECランチャーの構成機器の中でフロントシールド、可動ミラー,伝送系は重要な機器である。これまでのフロントシールドの設計に改良を加え、電磁力に耐えうる設計を確立した。可動ミラーについては、拡散接合の技術を応用して設計に基づいた実機相当の可動ミラーに成功し、設計通りの冷却水の流力性能を実証した。さらに、ランチャー製作の信頼性,保守性を向上させることを目的として導波管伝送の一部を取り除き、大型ミラーを導入することにより達成可能な空間伝送方式への設計変更を提案し、ミリ波伝播解析の結果、伝送損失は1.12.2%となり導波管伝送時とほぼ同等となること、ミラー上での最大熱負荷が55%減になることを明らかにした。
春日井 敦; 坂本 慶司; 高橋 幸司; 梶原 健; 小林 則幸
Nuclear Fusion, 48(5), p.054009_1 - 054009_6, 2008/05
被引用回数：73 パーセンタイル：93.33(Physics, Fluids & Plasmas)A 170 GHz gyrotron has been developed at JAEA, which has achieved operation of 1 MW/800 s and up to 55% efficiency. This is the first demonstration of a gyrotron achieving and even exceeding the ITER operating requirements of 1 MW/500 s and 50% efficiency. In addition the gyrotron demonstrated operation for 1 hour with the output power of 0.6 MW. The oscillation was stable with all cooling water temperatures and vacuum pressure reaching equilibrium conditions during the pulse length at either power levels. The successful operation was aided by very low level of stray radiation (2% of the output power), and contributed to the fast conditioning and the stable operation. The output power from the gyrotron was coupled into an ITER sized corrugated waveguide (Dia.= 63.5 mm) via a matching optics unit with a total of 0.97 MW transmitted to the dummy load after two miter bends and 7 m of waveguide without any trouble. These results give an encouraging outlook for the success of ITER electron cyclotron heating and current drive system.
小林 則幸; Bigelow, T.*; Bonicelli, T.*; Cirant, S.*; Denisov, G.*; Heidinger, R.*; Henderson, M.*; Hogge, J.-P.*; Piosczyk, B.*; Ramponi, G.*; et al.
AIP Conference Proceedings 933, p.413 - 416, 2007/10
2001年工学設計活動終了以降、電子サイクロトロン加熱電流駆動装置の設計は、物理的理解の進みや取り合い条件変更に従い、変化してきた。定格20MWの高周波電力を4台の上部ランチャー又は1台の水平ランチャーにより入射する。どちらのランチャーも、高周波ビームの広い入射角度変化が必要なため、ランチャー先端近くに回転ミラーを置く方式を用いる。高周波ビームの変調と3極が供給する170GHzジャイロトロンに対応する自由度を考慮し、IGBTによるパルスステップモジュレータで構成した直流高圧電源を使用の予定である。ジャイロトロンからの高周波は直径63.5mmのコルゲート導波管でランチャーまで伝送し、上部ランチャーと水平ランチャーとの間で導波管スイッチにより伝送方向を切り替える。加熱電流駆動装置には、3台の127.5GHzジャイロトロンと専用直流高圧電源から成り、初期電離を補助するスタートアップ装置がある。水平ランチャーからスタートアップ用高周波を入射するため、3台の170GHzジャイロトロンと伝送系を共用する。信頼性のあるITER用電子サイクロトロン加熱電流駆動装置を確立するため、大電力長パルスに耐える機器の研究開発を行っている。
高橋 幸司; 小林 則幸; 大森 順次; 鈴木 哲; 春日井 敦; 坂本 慶司
Fusion Science and Technology, 52(2), p.266 - 280, 2007/08
被引用回数：25 パーセンタイル：83.32(Nuclear Science & Technology)ITER水平ECランチャー設計の進展について、フロントシールド設計の信頼性向上と可動ミラーの改良設計の構造成立性及び駆動機構開発を中心に記述する。フロントシールドについては、熱的構造に関する改良設計に対して電磁力解析を実施し、支持構造設計の指針を得た。可動ミラーについては、構造の簡素化を目的とした改良設計に対して熱・構造解析と電磁力解析を行った。最大応力は内部のステンレス製冷却管内面にて得られ336MPaとなることがわかった。一方、電磁力に伴うミラー上のトルクは700N
mで、いずれの値もミラーの構造に影響を及ぼすものではなく解析的に構造成立性を示す結果である。また、ミラーモックアップの実熱負荷実験(3000ショット)や冷却水供給用スパイラル配管の繰返し応力負荷試験(10万回)により、実験的にも構造成立性を示す結果も得ている。駆動機構開発では、駆動源として検討している超音波モータの構成材(一部は代替材)の中性子照射実験を行い、ITER運転期間中に想定している照射量でも材料特性に劣化がほぼないといった結果を得るとともに、次世代核融合炉における使用可能性を示唆する結果も得た。
坂本 慶司; 春日井 敦; 高橋 幸司; 南 龍太郎*; 小林 則幸; 梶原 健
Nature Physics, 3(6), p.411 - 414, 2007/06
被引用回数：193 パーセンタイル：97.29(Physics, Multidisciplinary)発振モードTE31,8の170GHzジャイロトロンにおいて、効率が55%以上の安定1MW発振を世界で初めて達成した。複数のジャイロトロンパラメータを発振中能動的に制御する手法を世界で初めて開発し、その結果、発振条件をいわゆる高効率発振が得られる難自己発振領域に容易に確立できることを実証した。さらに、目的のTE31,8モードが、近傍のTE30,8モードの寄生モードとして成長し、最終的に系を支配してしまうという新たな非線形過程を発見した。この効果により、TE31,8モードの安定自己発振領域が大きく広がることを見いだした。
高橋 幸司; 梶原 健; 春日井 敦; 小林 則幸; 坂本 慶司
Proceedings of 8th IEEE International Vacuum Electronics Conference (IVEC 2007), p.275 - 276, 2007/05
ITER用ミリ波伝送部に相当するコルゲート導波管や7個のマイターベンドから構成される伝送系の170GHz,大電力長パルス伝送実験を行った。その結果、ITER仕様値と同等レベルの92%という伝送効率が得られることを実証した。伝送時に導波管の温度上昇が観測されたが、基本伝送モードであるHE11とベンド等で励起され得るHE12やHE13の高次モードのビート波長に相当する間隔での導波管温度上昇は見られず、一方、ベンド間あるいはその近傍において比較的高い温度上昇が観測された。この結果から、高次モードの励起割合は極めて低いもののベンドでの励起と反射が生じ、導波管の温度を上昇させていると考えられる。
春日井 敦; 高橋 幸司; 梶原 健; 小林 則幸; 坂本 慶司
平成19年電気学会全国大会講演論文集,7, p.7_S9(20) - 7_S9(23), 2007/03
原子力機構では、高周波を用いたITER用プラズマ加熱装置ジャイロトロンの開発を進めている。これまでにITER用ジャイロトロンについて、50%の効率の達成,人工ダイヤモンド窓の開発,1MW級高周波の発振などを達成し、長パルス化研究を進めてきた。しかしジャイロトロン内部での発熱や長パルス時における発振出力の低下等により、総合効率は40%程度、出力時間は100秒程度に制限されてきた。そこでこれらの課題を克服するため、高周波回路,電子銃,制御方式の改良等を行った。その結果、出力0.6MW,総合効率46%,動作時間1時間(3600秒)の大電力定常動作の実証に成功した。動作時間1時間はITERで要求される燃焼時間400秒より十分長く、将来ITERで想定されるさまざまな運転モードにも対応できる動作時間である。さらに、長パルス動作時の発振特性を明らかにし、長パルス動作過程で電子ビームのピッチファクター,空胴磁場強度を制御することで、ジャイロトロンの運転領域を高効率領域まで引き上げる運転モードを新たに確立し、その結果、出力0.82MW,56%の高効率で600秒(10分)以上動作させることに成功した。
坂本 慶司; 春日井 敦; 高橋 幸司; 南 龍太郎*; 假家 強*; 満仲 義加*; 小林 則幸
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
ITER用に開発を行っている170GHzジャイロトロンとランチャー開発の最近の成果を報告する。ジャイロトロンの発振モードをガウス型ビームに変換する内蔵型モード変換器の効率向上設計に成功したこと,電子銃の速度分散の抑制に成功し、発振の高効率化に成功したことにより、出力0.6MWでITERに必要な600秒の安定発振を達成した。ITERの目標である1MWでの1000秒クラスのジャイロトロン開発に向け、大きな進歩である。また、次数の高い発振モード(現状TE
モードに対し、TEモード)の短パルス発振実験を行った。発振モードの次数を上げることにより、空洞共振器のサイズが大型化でき、電気抵抗損失による熱負荷を大きく下げることができるため、さらなる大電力化,長寿命化が可能となる。その結果、1ミリ秒ながら1.6MWの安定発振に成功した。円筒空胴におけるTEクラスの高次モードの安定発振は非常に難しいとの予測を覆すもので、モード競合理論の再構築を迫る結果である。一方、ITERの水平ポートに装着する電子サイクロトロン電流駆動用ランチャーの設計では、フロントシールド,RFビーム角度制御用可動ミラーとその駆動機構,ランチャー内RF伝送系の設計を行い、その実現可能性を示した。また、ランチャーのキーコンポーネントであるミラー駆動系,高安全性真空封じ窓の開発を行い、ランチャーに使用できることを示した。
春日井 敦; 南 龍太郎*; 高橋 幸司; 小林 則幸; 假家 強*; 満仲 義加*; 坂本 慶司
Fusion Science and Technology, 51(2T), p.213 - 216, 2007/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)原子力機構では、ITER用170GHzジャイロトロンの開発を精力的に継続している。長パルス化を阻害する要因として、発振に重要な役割を果たす電子ビーム電流が、動作中に徐々に減少し、それに伴い出力が減少するあるいはほかの不要モードを誘起し目的の発振モードを維持できないという課題が指摘されていた。そこでこの課題を解決し、ジャイロトロンの長パルス動作を実証するために、カソードヒータの制御にプレプログラミング制御を導入し、ビーム電流を維持することを試みた。その結果、安定なビーム電流制御に成功し、200kWの出力ではあるものの、ITERで必要とされる1000秒間の安定な発振を実現するとともに、プレプログラミング制御の有効性を実証した。出力はジャイロトロンの出力をダミーロードまで導くための伝送系内部の発熱により制限されたが、ジャイロトロンに搭載されているモード変換器のモード変換効率を向上させることで、伝送系内部の高周波損失も抑制することができる。そこで今回新たに、モード変換効率を向上させたジャイロトロンを製作し、実験を開始した。放射器内部のわずかな歪みも排除するように製作上や輸送上の問題点を克服し、ジャイロトロン内部の位相補正を行わずミラー枚数を減らした結果、RFの内部損失がこれまでの約10パーセントから約2パーセントへ大幅に改善できた。これにより、エネルギー回収を行った場合のジャイロトロンの総合効率が、1MW出力において50パーセントとなった。ITER用170GHzジャイロトロンの開発に向けた大きな成果である。
春日井 敦; 南 龍太郎; 高橋 幸司; 小林 則幸; 坂本 慶司
Fusion Engineering and Design, 81(23-24), p.2791 - 2796, 2006/11
被引用回数：9 パーセンタイル：53.38(Nuclear Science & Technology)日本原子力研究開発機構では、170GHz ITER用ジャイロトロンの開発を精力的に継続している。長パルス化を阻害する要因として、発振に重要な役割を果たす電子ビーム電流が、動作中に徐々に減少し、それに伴い出力が減少するあるいは他の不要モードを誘起し目的の発振モードを維持できないという課題が指摘されていた。そこでこの課題を解決し、ジャイロトロンの長パルス動作を実証するために、カソードヒータの制御にプレプログラミング制御を導入し、ビーム電流を維持することを試みた。プレプログラミング制御の結果、発振を伴わないビーム電流引き出し試験において、ITERで必要とされる安定なビーム電流を1000秒間維持することを実現し、プレプログラミング制御の有効性を実証した。また、170GHzジャイロトロンの長パルス発振試験においても、ビーム電流一定制御を実現し、動作時間中で0.5A以内の変動幅に抑えることができた。その結果、約200kWで、最大約8分間の安定した発振を実現し(ダミーロードから求められるパワーが一定)、管内真空度も安定であった。達成した成果は出力エネルギーとしては、原研が開発したジャイロトロンの中では最大である。一方で、パルス幅はジャイロトロン内部の発熱により制限されたが、1MW出力時に発生しうる不要RFのパワーによるジャイロトロン内部の発熱の軽減、及び除熱を強化すべき箇所を明らかにでき、1MW出力時の冷却性能向上に見通しを得た。
