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C heat resistant boron-loaded resin for neutron shielding森岡 篤彦; 櫻井 真治; 奥野 功一*; 佐藤 聡; Verzirov, Y. M.; 神永 敦嗣; 西谷 健夫; 玉井 広史; 芝間 祐介; 吉田 茂*; et al.
Journal of Nuclear Materials, 367-370(2), p.1085 - 1089, 2007/08
被引用回数：25 パーセンタイル：83.32(Materials Science, Multidisciplinary)6重量%のホウ素を含んだフェノール樹脂を母材とした300Cの耐熱性能を有する中性子遮へい樹脂材を開発した。
Cf中性子源を用いた中性子遮へい性能は、代表的な中性子遮へい樹脂材であるポリエチレンとほぼ同じであった。中性子遮へい性能の実験解析は、3次元モンテカルロ計算コード(MCNP4C2)を、また、断面積は評価済み核データJENDL3.2を用いた。計算結果は実験結果とよく一致した。高温領域での開発樹脂材から放出されるガスの種類を調べるために、昇温脱離ガス分析により室温から300Cの温度領域で脱ガス成分の質量分析を実施した。その結果、観測された質量数は、2, 17, 18, 28, 32, 44であった。それら質量数は、それぞれ、水素,アンモニア,水,一酸化炭素,酸素,二酸化炭素に相当する。開発樹脂材から脱ガスの大部分は、100から150Cで最も多く、アンモニアと水であることが確認できた。水は、中性子遮へいで重要であるが、200Cでベーキングした樹脂材の中性子遮へい性能は、ベーキングを実施していない樹脂材の中性子遮へい性能とほぼ同じであった。高温領域における脱ガスの定量分析は、昇温熱脱離-ガスクロマトグラフ質量分析により行った。150から300C領域で観測された有機ガスの種類は13種類であり、それらの脱ガス量は
g/gであった。最後に、開発樹脂の300Cでの中性子遮へい性能を3次元計算により模擬した。327Cの断面積ライブラリーを用いた計算結果は、先記した20Cの断面積ライブラリーを用いた計算結果と相違なかった。
n eigenmodes in JT-60U weak shear plasmas石川 正男; 武智 学; 篠原 孝司; Cheng, C. Z.*; 松永 剛; 草間 義紀; 福山 淳*; 西谷 健夫; 森岡 篤彦; 笹尾 真実子*; et al.
Nuclear Fusion, 47(8), p.849 - 855, 2007/08
被引用回数：22 パーセンタイル：60.47(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uの弱磁気シアプラズマでは、負イオン源中性粒子ビーム入射中に、安全計数分布の変化とともに、周波数が大きく変化し、その後一定となる不安定性が観測された。このような振る舞いをする不安定性に対しては、前者はReversed-Shear-induced Alfvn Eigenmode(RSAE)、後者はTroidicity-induced Alfvn Eigenmode(TAE)として説明することができる。本研究では、RSAE, TAE発生中の中性子発生量を、高エネルギーイオンの軌道追跡モンテカルロコードを用いて、不安定性がないとしたときに計算される中性子発生量と比較することで、不安定性発生中の高エネルギーイオンの閉じ込め劣化を定量的に評価するとともに、RSAEからTAEの遷移中に閉じ込め劣化が最大になることを突き止めた。さらに、中性子発生分布の測定結果から、不安定生によりプラズマ中心部(r/a
0.6)の高エネルギーイオンが周辺部へ輸送されることを初めて示した。また、中性粒子計測から、輸送される高エネルギーイオンのエネルギー領域は、不安定性との共鳴相互作用条件を満たすことを初めて突き止めた。
n eigenmodes in JT-60U negative-ion-based neutral beam injection plasmas石川 正男; 武智 学; 篠原 孝司; 松永 剛; 草間 義紀; 福山 淳*; Krasilnikov, V. A.*; Kashuck, Yu.*; 西谷 健夫; 森岡 篤彦; et al.
Proceedings of 21st IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2006) (CD-ROM), 8 Pages, 2007/03
JT-60Uの弱磁気シアプラズマでは、負イオン源中性粒子ビーム入射中に、安全計数分布の変化とともに、周波数が大きく変化し、その後周波数が一定となるMHD不安定性が観測されている。これらの不安定性に対しては、前者はReversed-Shear-induced Alfvn Eigenmode(RSAE)、後者はTroidicity-induced AE(TAE)として説明することができる。しかし、RSAE及びTAEが高エネルギーイオンの閉じ込めにどのような影響を与えるかは観測されていなかった。本研究では、RSAE, TAE発生中の中性子発生量を、輸送コード(OFMC)を用いて不安定性がないとした時に計算される中性子発生量と比較することで、不安定性発生中の高エネルギーイオンの閉じ込め劣化を定量的に示した。さらに、中性子発生分布計測,中性粒子計測を行うことにより、不安定性発生時、不安定性との共鳴相互作用条件を満たす高エネルギーイオンがプラズマ周辺部へ輸送されていることを初めて突き止めた。
二宮 博正; 秋場 真人; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 藤原 正巳*; 濱松 清隆; 林 伸彦; 細金 延幸; 池田 佳隆; 井上 信幸; et al.
Journal of the Korean Physical Society, 49, p.S428 - S432, 2006/12
現在検討が進められているJT-60のコイルを超伝導コイルに置き換える計画(トカマク国内重点化装置計画)の概要について述べる。本計画はITER及び原型炉への貢献を目指しているが、その位置づけ,目的,物理設計及び装置設計の概要,今後の計画等について示す。物理設計については、特に高い規格化ベータ値を実現するためのアスペクト比,形状因子及び臨界条件クラスのプラズマや完全非誘導電流駆動のパラメータ領域等について、装置については物理設計と整合した設計の概要について示す。
松川 誠; 玉井 広史; 藤田 隆明; 木津 要; 櫻井 真治; 土屋 勝彦; 栗田 源一; 森岡 篤彦; 安藤 俊就; 三浦 友史
IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.914 - 917, 2006/06
被引用回数：4 パーセンタイル：29.26(Engineering, Electrical & Electronic)本論文は、ITERと同様に発電実証炉への貢献を目指すトカマク国内重点化装置(NCT)のポロイダル磁場(PF)コイルの配置設計についてまとめたものである。核融合炉の電力売価は、建設費と核融合出力で決まり、核融合出力はプラズマの規格化ベータ値の約2乗に比例して増大する。このため、高ベータプラズマの実現が経済的な核融合実現の鍵であり、具体的には、理想MHD限界に近い高規格化ベータ値の達成が求められている。プラズマの断面形状パラメータS(=q95*Ip/a*Bt)は、限界ベータ値と相関があると考えられており、核融合炉の設計までに、これらの最適値を検証する必要がある。このため、NCTではアスペクト比やプラズマ断面形状制御性能でITERよりも広い運転領域をカバーすることを目標にしてPFコイルの配置設計を行った。結果的には、アスペクト比が2.6から3.4の領域を、プラズマの形状パラメータSはダブルヌル配位で最大7程度、シングルヌル配位で最大6程度を得ることができた。さらに小断面PFコイルを追加することでプラズマの四角度の制御性が改善できることも明らかにした。
菊池 満; 玉井 広史; 松川 誠; 藤田 隆明; 高瀬 雄一*; 櫻井 真治; 木津 要; 土屋 勝彦; 栗田 源一; 森岡 篤彦; et al.
Nuclear Fusion, 46(3), p.S29 - S38, 2006/03
被引用回数：13 パーセンタイル：41.76(Physics, Fluids & Plasmas)トカマク国内重点化装置(NCT)計画は、大学における成果を取り込みつつJT-60Uに引き続き先進トカマクを進めるための国内計画である。NCTのミッションは発電実証プラントに向けて高ベータ定常運転を実現するとともに、ITERへの貢献を図ることである。高ベータ定常運転を実現するために、装置のアスペクト比,形状制御性,抵抗性壁モードの帰還制御性,電流分布と圧力分布の制御性の機動性と自由度を追求した。
土屋 勝彦; 秋場 真人; 疇地 宏*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 藤原 正巳*; 濱松 清隆; 橋爪 秀利*; 林 伸彦; 堀池 寛*; et al.
Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1599 - 1605, 2006/02
被引用回数：1 パーセンタイル：9.98(Nuclear Science & Technology)JT-60定常高ベータ装置(トカマク国内重点化装置)は、経済的な核融合炉の実現を目指した定常高ベータプラズマ運転の実証が重要なミッションの一つである。現在、プラズマ形状及びアスペクト比について広いパラメータ領域で研究を行えるように、装置の物理的・技術的設計検討を進めている。本装置の目標とする高ベータプラズマは、自由境界MHD安定性限界を超えた領域にあるため、電子サイクロトロン加熱による新古典テアリングモードの抑制に加えて、安定化板及び容器内コイルを用いた壁不安定性モードの抑制など、さまざまなMHD不安定性の制御手法を駆使する必要がある。それらを踏まえて、今回は、高ベータと臨界条件クラスのプラズマを同時に達成できるプラズマパラメータの解析評価、及び自由境界MHD安定性限界を超えた高ベータプラズマの非誘導電流駆動制御シナリオの検討結果について報告する。また、広いパラメータ領域で定常高ベータプラズマ運転を実現させるための装置設計の現状に関して、超伝導コイル及び放射線遮へい材を中心に報告する。
西村 新*; 室賀 健夫*; 竹内 孝夫*; 西谷 健夫; 森岡 篤彦
Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1675 - 1681, 2006/02
被引用回数：3 パーセンタイル：24.11(Nuclear Science & Technology)核融合炉において超伝導コイルを安定して運転するためには、NBIポート等の真空容器の貫通部から突き抜けてくるストリーミング中性子による核発熱を抑制するとともに、長期的には放射化を低減することが重要であり、中性子工学の観点から超伝導コイルの材料に関する評価が必要である。本論文は、そのような研究を要する背景を述べ、代表的な超伝導線材であるNb
Snの中性子照射試験結果,低放射化超伝導線材の開発、及びストリーミング中性子による核発熱を抑制する遮へい設計の現状を報告する。さらに、高エネルギー粒子の研究に関する最近の動向と、広いエネルギー帯域の
線環境下で使用される加速器用超伝導コイルの設計の概要について発表する。
森岡 篤彦; 奥野 功一*
プラスチックス, 57(1), p.148 - 152, 2006/01
核融合実験装置の真空容器近傍など、高温かつ機械的衝撃力の加わる環境下で使用可能な中性子遮蔽樹脂材を設計,開発した。開発した樹脂は300C以上の耐熱性能を有し、かつ高温環境下でも極度の強度低下の少ない材料であり、従来の製品を凌ぐ性能を有することを確認した。今回はJT-60定常高ベータ装置を対象に材料設計を行ったが、耐熱性能が要求される他の放射線施設に対しても材料組成の変更が可能であり、広範囲な樹脂系中性子遮へい材料の製作に関する知見を得た。この樹脂材料の開発過程と性能を解説した。
石川 正男; 武智 学; 篠原 孝司; 草間 義紀; Cheng, C. Z.*; 松永 剛; 藤堂 泰*; Gorelenkov, N. N.*; Kramer, G. J.*; Nazikian, R. M.*; et al.
Nuclear Fusion, 45(12), p.1474 - 1480, 2005/12
被引用回数：38 パーセンタイル：74.93(Physics, Fluids & Plasmas)アルフベン固有モード(AE)による高エネルギーイオンの輸送を調べるために、中性子発生分布及びダイヤモンド検出器を用いた中性粒子束の測定をJT-60Uにおいて初めて行った。弱磁気シアプラズマにおいて、Abraut Large-amplitude Event(ALE)と呼ばれるバーストモードが発生した時、100-370keVの特定のエネルギー範囲の高エネルギーイオンが輸送されることが、中性粒子計測から初めて得られた。また、中性子発生分布はALEにより再分配することがわかった。これらの計測から、ALEは特定のエネルギー範囲を持つ高エネルギーイオンをプラズマ中心部から周辺部へ再分配することが詳細に示された。一方、負磁気シアプラズマではRversed-Shear-induced AE(RSAE)と呼ばれるAE、及びRSAEからTAEへの遷移を確認しており、中性子発生分布計測は、モードによる輸送はRSAEからTAEへの遷移中が最も大きいことを示唆している。
plasma operation玉井 広史; 秋場 真人; 疇地 宏*; 藤田 隆明; 濱松 清隆; 橋爪 秀利*; 林 伸彦; 堀池 寛*; 細金 延幸; 市村 真*; et al.
Nuclear Fusion, 45(12), p.1676 - 1683, 2005/12
被引用回数：15 パーセンタイル：45.53(Physics, Fluids & Plasmas)トカマク国内重点化装置の設計研究をまとめた。装置の設計は、プラズマのアスペクト比と形状制御性に関して自由度を広く確保できることが求められている。これは、ITERと平行して研究を進めるとともに、定常高ベータプラズマ運転についての科学的なデータベースをDEMOへ提供する観点から重要である。この目標に合致するように、プラズマのアスペクト比と形状の自由度の確保について、これまで比較的困難であったダイバータ排気性能との両立が図られるように装置設計を行った。この装置設計に基づいて、閉じ込め,安定性,電流駆動,ダイバータプラズマ等の物理性能を評価し、主目的である定常高ベータプラズマを実現するための制御方法を検討した。
森岡 篤彦; 櫻井 真治; 奥野 功一*; 玉井 広史
プラズマ・核融合学会誌, 81(9), p.645 - 646, 2005/09
フェノール樹脂を母材に、ホウ素を5重量%を混練して成形した300Cの耐熱性能を有する中性子遮へい樹脂材を新たに開発した。開発した中性子遮へい樹脂材のCf中性子源を使用した中性子遮へい性能は、代表的な中性子遮へい材であるポリエチレンの中性子遮へい性能とほぼ同じであった。この中性子遮へい樹脂材は、重水素放電時に超伝導コイルの核発熱を低減するための中性子遮へい材、並びに真空容器のポート部の漏洩中性子の遮へい材として適用可能である。
n eigenmodes in reversed shear plasmas in JT-60U negative-ion-based neutral beam injection discharges武智 学; 福山 淳*; 石川 正男; Cheng, C. Z.*; 篠原 孝司; 小関 隆久; 草間 義紀; 竹治 智*; 藤田 隆明; 及川 聡洋; et al.
Physics of Plasmas, 12(8), p.082509_1 - 082509_7, 2005/08
被引用回数：34 パーセンタイル：71.2(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60Uの負磁気シア(RS)及び弱磁気シアプラズマ(WS)におけるアルフベン固有モード(AE)実験の結果について報告する。低hのRS放電において負イオンNBI(NNBI)及びICRFによって加熱中に観測された急激な周波数の掃引を伴うモードは負磁気シア励起AE(RSAE)とこのRSAEからトロイダルAE(TAE)への遷移によって説明可能である。われわれはJT-60Uにおいて磁気揺動の観測と安全係数分布の計測を行い、RSAEの存在とRSAEからTAEへの遷移を初めて証明した。中性子発生率の計測によってRSAEからTAEへ遷移時に高速イオンが吐き出されることが明らかになった。
草間 義紀; 石川 正男; 武智 学; 西谷 健夫; 森岡 篤彦; 笹尾 真実子*; 磯部 光孝*; Krasilnikov, A.*; Kaschuck, Y.*
Proceedings of Plasma Science Symposium 2005/22nd Symposium on Plasma Processing (PSS-2005/SPP-22), p.395 - 396, 2005/00
JT-60の重水素放電による中性子/線発生環境下において、天然ダイアモンド検出器を用いた高エネルギー中性粒子の測定に成功した。中性子及び線のノイズを低減するため、ダイアモンド検出器をポリエチレンと鉛で覆った。そのシールドは期待通りの性能を示した。負イオン源中性粒子ビーム入射(NNBI)で生成される高エネルギーイオンによってトロイダル・アルヴェン固有モード(TAE)が励起された際に、高エネルギーイオンの輸送を示唆する中性粒子束の急激な上昇を観測した。中性粒子の上昇が観測されたエネルギー範囲は、高エネルギーイオンとTAEとの共鳴的な相互作用で予測されるエネルギー範囲と一致した。
石川 正男; 草間 義紀; 武智 学; 西谷 健夫; 森岡 篤彦; 笹尾 真実子*; 磯部 光孝*; Krasilnikov, A.*; Kaschuck, Y. A.*
Review of Scientific Instruments, 75(10), p.3643 - 3645, 2004/10
被引用回数：6 パーセンタイル：35.7(Instruments & Instrumentation)JT-60Uにおいて天然ダイヤモンド検出器(NDD)を用いた高速中性粒子計測を開始した。NDDは非常にコンパクトかつ高エネルギー分解能,操作性の容易さなど多くの特長を併せ持つ。現在、NDDをJT-60Uトカマクの接線ポートに設置し、接線NBI、特にNNBIによって生成される高エネルギーイオンの振る舞いを、荷電交換された高速中性粒子を測定することで調べている。しかし、NDDは中性子及び線等にも感度を持つ。特に、JT-60Uの重水素プラズマ実験では、DD中性子が中性粒子計測の大きなノイズ源となる。そこで、放射線シールド(ポリエチレン厚25cm, 鉛厚10cm)を検出器の周りに設置することでノイズ源を減少させている。これまで、NBI時に、これまで得られなかった入射エネルギーに対応した中性粒子の連続エネルギー分布を得るとともに、鋸歯状振動やアルフベン固有モード等の不安定性発生時の中性粒子束の増加を観測している。NDDの重水素プラズマにおける中性粒子エネルギー分析器としての性能を示すとともに、高エネルギーイオンの挙動を調べるうえでの有用性を示した。
森岡 篤彦; 佐藤 聡; 金野 正晴*; 逆井 章; 堀 順一*; 落合 謙太郎; 山内 通則*; 西谷 健夫; 神永 敦嗣; 正木 圭; et al.
Journal of Nuclear Materials, 329-333(2), p.1619 - 1623, 2004/08
被引用回数：10 パーセンタイル：55.72(Materials Science, Multidisciplinary)2.45MeVと14MeV中性子源を使用して、ボロン入り低放射化コンクリートの遮蔽性能実験と放射化特性試験を行った。熱中性子遮蔽性能は、2wt%ボロン入りコンクリートが1wt%ボロン入りコンクリートより優れているが、高速中性子遮蔽性能は両者の違いはなかった。14MeV中性子照射から30日以上経過した時点で誘導放射能を比較するとボロン入りコンクリートは、標準コンクリートに比べ約100分の1であった。一方、ボロン添加量の違いによる誘導放射能は差はなかった。以上より、ボロンを添加することにより、熱中性子遮蔽性能と放射化性能を改善できることが確認され、今後の核融合試験装置の遮蔽材料としての有用性が示された。
玉井 広史; 栗田 源一; 松川 誠; 浦田 一宏*; 櫻井 真治; 土屋 勝彦; 森岡 篤彦; 三浦 友史; 木津 要; 鎌田 裕; et al.
Plasma Science and Technology, 6(3), p.2281 - 2285, 2004/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Physics, Fluids & Plasmas)JT-60SCの高性能定常運転シナリオをTOPICSを用いて検討・評価し、
5で自発電流割合86%の定常状態をI
=1.5MA, B
=2T, NBパワー11MWで維持できることを示した。またERATO-Jを用いた解析を行い、導体壁半径とプラズマ小半径との平均比約1.2では、トロイダルモード数1、または2の外部キンクモードに対する壁安定効果により、
5.5まで達成可能であることを示した。さらに 、プラズマを壁に近付けることによって発生する抵抗性壁モードは、容器内コイルを用いた能動制御により抑制されると予測している。一方、のさらなる向上のためにTOSCAによるプラズマ形状の解析を行い、S=(I/aB)q
で定義されるプラズマ形状係数(非円形度と三角形度に強く依存)を4から6まで変えられることを示した。これは高性能プラズマ運転を実現するうえで重要な電流分布と圧力分布の制御性の拡張を示唆している。
佐藤 聡; 森岡 篤彦; 金野 正晴*; 落合 謙太郎; 堀 順一; 西谷 健夫
Journal of Nuclear Science and Technology, 41(Suppl.4), p.66 - 69, 2004/03
DT核融合炉では、運転停止後メンテナンスのために、コンクリート製の生体遮蔽体に近づく。したがって崩壊線線量率を最小化させることが重要である。本研究では、標準コンクリート及び低放射化コンクリートを準備し、DT中性子照射実験により誘導放射能を評価した。ここで用いた低放射化コンクリートでは、Si, Al, Fe等の量が標準コンクリートに比べて13桁小さい。長寿命核種を生成するCo及びEuの微量元素もまた著しく減少させている。加えて、用いた低放射化コンクリートは、熱中性子を減少させるために12wt%のホウ素を含んでいる。照射は原研FNSの80ラインで合計で12時間行った。照射後、1日数か月後の誘導放射能を高純度Ge検出器による線分析機を用いて測定した。照射後10日後の低放射コンクリートの誘導放射能は標準コンクリートより1桁小さいことがわかった。Na-24の誘導放射能が減少したためである。標準コンクリートではZrとRbの微量元素が観測されたが、低放射化コンクリートでは観測されなかった。また、低放射化コンクリートではCoが劇的に減少されていることが実験的に確認できた。本研究で用いた低放射化コンクリートは核融合炉の遮蔽材として非常に有用であると結論できる。
森岡 篤彦; 佐藤 聡; 落合 謙太郎; 逆井 章; 堀 順一; 山内 通則*; 西谷 健夫; 神永 敦嗣; 正木 圭; 櫻井 真治; et al.
Journal of Nuclear Science and Technology, 41(Suppl.4), p.109 - 112, 2004/03
定常炉心試験装置(JT-60SC)のポート部分の中性子遮へいは、ポリエチレンよりも温度特性に優れたレジン(商標名: KRAFTON)を使用した設計となっている。超伝導コイルの核発熱量低減のための遮へい性能を保ちつつ、ポート重量を軽減させるため、筆者らはレジンに天然ボロンを添加した、ボロン入りレジンを開発した。ボロン添加量を変えた数種類の試料に、DD反応で発生する2.45MeV中性子を照射し、透過中性子を測定し、ボロン入りレジンの遮へい性能を比較した。高速中性子の遮へい性能はボロン添加量に依存せず同じであった。一方、低エネルギー中性子の遮へい性能はボロン2重量%の試験体がボロン1重量%の試験体より約25%良く、ボロン添加の効果が観測された。
逆井 章; 石田 真一; 松川 誠; 秋野 昇; 安藤 俊就*; 新井 貴; 江里 幸一郎; 濱田 一弥; 市毛 尚志; 礒野 高明; et al.
Nuclear Fusion, 44(2), p.329 - 334, 2004/02
超伝導トカマク装置へのJT-60改修が計画されている。原型炉に繋がる先進的な核融合技術として、JT-60改修装置(JT-60SC)の設計のために超伝導マグネット技術やプラズマ対向機器を開発した。JT-60SCの超伝導トロイダル磁場コイル用として、高い臨界電流密度を可能とする、高い銅比4のニオブアルミ超伝導素線を新規に開発し、量産化に成功した。この素線と、突合せ溶接で作った全長30mの丸穴四角のステンレス製コンジットを用いて、実機サイズのケーブル・イン・コンジット導体を製作した。この導体を使用して、リアクト&ワインド法(熱処理後に巻線作業を行う製作方法)を実証するR&Dを進めている。ニオブアルミ導体の歪み劣化が小さいことを利用したこの製作方法は、将来の大型コイル製作の技術的な信頼性向上と低コストに繋がる先進的な超伝導技術として注目されている。JT-60SCのダイバータへの熱負荷10-15MW/m
に耐える機器として、スクリュウ管を銅製ヒートシンクに設け、これと炭素繊維複合材,緩衝材を一体ロウ付けすることで、良好なプラズマ対向機器を開発した。電子ビーム照射試験により、この対向機器は従来のスワール管の場合と比較して約1.5倍の高い熱伝達率を達成することを明らかにした。
