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口頭

Development of calibration method for divertor IR thermography in ITER

竹内 正樹; 杉江 達夫; 竹山 茂治; 小川 宏明; 伊丹 潔

no journal, , 

ITERにおいてダイバータの表面温度を高い空間・時間分解能を有して計測を行う赤外サーモグラフィーの開発を行っている。ダイバータの表面状態が変化することで赤外光の放射率が変化するため、放射率の較正手法を開発することが重要である。そこで、赤外カメラ,タングステン試料,セラミックヒーター,赤外レーザー等を用いて較正試験を開始した。平面黒体炉を用いて、赤外カメラの較正を行い、その後、タングステン試料を300$$^{circ}$$C程度まで加熱して赤外光を観測した。2.95と4.67ミクロン帯のバンドパスフィルターを用いて、それぞれの放射率を評価し熱電対での表面温度と比較した。放射率の角度依存性や赤外レーザーを用いた試験についても初期結果を述べる。

口頭

ITERダイバータ赤外サーモグラフィーにおける較正手法の開発

竹内 正樹; 杉江 達夫; 竹山 茂治; 小川 宏明; 伊丹 潔

no journal, , 

ITERにおいて装置保護や物理研究のためにダイバータの表面温度を高い空間・時間分解能で計測するダイバータ赤外サーモグラフィーは重要な計測装置の一つである。課題として、プラズマからの粒子の堆積や浸食により観測面における放射率が変化するため、精度の高い計測に影響を及ぼす点が挙げられる。しかし、高放射線,高温,強磁場環境では、較正のためにその都度、計測装置を取り外すことや較正機器を観測面の近傍に設置することは困難である。したがって、このような環境下で変化する放射率をその場較正する手法の開発が重要である。そこで、本研究では発振波長を量子井戸の幅で断続的に選択できる量子カスケードレーザーをタングステン試料に照射し、その散乱光を赤外線カメラで検出して放射率の較正を行う新しい手法の開発試験を開始した。600$$^{circ}$$Cまで加熱できる平面黒体炉での赤外カメラの較正結果とセラミックヒーターで300$$^{circ}$$C程度まで加熱したタングステン試料を3-5ミクロン帯の各種バンドパスフィルターを用いて観測した結果を発表する。

口頭

Development of the ITER diagnostic systems by JADA

伊丹 潔; 河野 康則; 波多江 仰紀; 石川 正男; 小川 宏明; 杉江 達夫; 山本 剛史; 近藤 貴; 北澤 真一; 谷塚 英一; et al.

no journal, , 

The first ITER diagnostic procurement arrangement for Micro Fission Chambers was concluded in April in 2012. The MFC is a pencil size gas counter containing fission material (235U) and will be installed upper and lower outboard behind the blanket module in the two toroidal locations. Design activities toward the preliminary design review, expected in the next year, are being carried out. Following the conceptual design review in 2012, JAEA/JADA concluded the procurement arrangement of Poloidal Polarimeter, Edge Thomson Scattering, Divertor IR Thermography and Divertor Impurity Monitor with the ITER Organization and JAEA in this August. Conceptual design of the supervisory systems for the ITER diagnostic systems in JADA is being studied. The conceptual design is being implemented and tested by using a CODAC cubicle.

口頭

ITERダイバータ赤外サーモグラフィーにおける較正手法の開発

竹内 正樹; 杉江 達夫; 竹山 茂治; 小川 宏明; 伊丹 潔

no journal, , 

ITERにおいて装置保護や物理研究のためにダイバータの表面温度を高い空間・時間分解能で計測するダイバータ赤外サーモグラフィーは重要な計測装置の一つである。課題として、プラズマからの粒子の堆積や浸食により観測面における放射率が変化するため、精度の高い計測に影響を及ぼす点が挙げられる。しかし、高放射線,高温,強磁場環境では、較正のためにその都度、計測装置を取り外すことや較正機器を観測面の近傍に設置することは困難である。したがって、このような環境下で変化する放射率をその場較正する手法の開発が重要である。そこで、赤外線レーザーをタングステン試料に照射し、その散乱光を赤外線カメラで検出して放射率の較正を行う新しい手法の開発試験を開始した。600$$^{circ}$$Cまで加熱できる平面黒体炉での赤外カメラの較正結果とセラミックヒーターで300$$^{circ}$$C程度まで加熱したタングステン試料を3-5ミクロン帯の各種バンドパスフィルターを用いて観測した結果を発表する。

口頭

Progress of diagnostics development in JAEA

河野 康則; 竹内 正樹; 東條 寛; 北澤 真一; 山本 剛史; 竹山 茂治; 谷塚 英一; 今澤 良太; 佐久間 猛; 嶋田 恭彦; et al.

no journal, , 

日本原子力研究開発機構におけるプラズマ計測装置の開発の進展について報告する。主な内容は以下の通り。(1)ITERダイバータ赤外サーモグラフィーの開発の進展、(2)ITERダイバータ熱電対の開発の進展、(3)ITER計測装置のための計装制御系の開発の進展、(4)ダブルパストムソン散乱を用いた高精度電子温度計測法の開発の進展。

口頭

Development of in-situ calibration method by using an IR laser for ITER divertor IR thermography

竹内 正樹; 杉江 達夫; 竹山 茂治; 伊丹 潔

no journal, , 

Divertor IR thermography is a diagnostic system in ITER to measure the surface temperature distribution of the divertor target. One of the issues is that the emissivity of the diverotor target can be changed due to changes in the surface condition. Therefore, in-situ calibration method is being developed in our laboratory. In the experiment, two tungsten samples of mirror and sandblasted surface were used by heating up to 280 $$^{circ}$$C. The measured emissivity of the mirror surface was 0.05-0.4 and that of the sandblasted surface was 0.5-0.8 in the wavelength range of 3-5 um. When an IR laser was injected to the tungsten surface, the scattered light profile of the sandblasted surface was broad. On the other hand, that of the mirror surface was peaked around the axis of an IR camera. Thus, preliminary data of the relation between the emissivity and the scattered light for two different surface conditions was obtained. Furthermore, the recent result heated up to 1100 $$^{circ}$$C will be presented.

口頭

Development of the in-situ calibration method for ITER divertor IR thermography

竹内 正樹; 杉江 達夫; 竹山 茂治; 伊丹 潔

no journal, , 

ダイバータIRサーモグラフィーはITERにおいてダイバータターゲットの表面温度分布を詳細に測定する計測装置の一つである。課題の一つは表面状態の変化のためにダイバータターゲットの放射率が変化することであり、2013年より赤外レーザー等を用いたその場較正手法の開発実験を進めている。実験では、表面粗さが0.05-10$$mu$$mの複数のタングステン試料を真空中で1000$$^{circ}$$C程度まで加熱し、波長3-5$$mu$$mにおける各種バンドパスフィルターを用いて赤外カメラで赤外光を分光計測した。表面粗さ、波長及び温度依存性のデータを取得し、表面粗さが高い試料ほど高い放射率を示した。また、3.2$$mu$$mの赤外レーザーを赤外カメラの軸に対して5度の角度で試料に照射し、試料を回転させることによって散乱光強度の角度分布を計測した。その結果、ITERダイバータターゲットの赤外カメラ軸に対する角度と同程度である70度までレーザーの散乱光が観測された。放射率と散乱光強度の関係及び較正手法の課題等についても発表する。

口頭

ITER周辺トムソン散乱計測装置用高レーザー耐力ビームダンプの開発

谷塚 英一; 波多江 仰紀; 竹山 茂治; Bassan, M.*; Vayakis, G.*; Walsh, M.*; 伊丹 潔

no journal, , 

ITERでは、20年に渡る実験期間中に、5Jのレーザーを10$$^{9}$$パルス程度入射する。従来方式のビームダンプでは、単位面積当たりの入射レーザーエネルギーが高く、損傷が生じることが懸念されていた。損傷箇所にレーザーを入射し続けると、迷光の増加により測定精度が悪化し、最悪の場合、測定不能となる。原子力機構では、吸収率の低いS偏光のレーザービームを多数回反射させることによって徐々にビームエネルギーを吸収するビームダンプを考案し、形状の改良を重ねてきた。その結果、従来型では10$$^{4}$$回(100秒)程度のレーザーパルス入射で損傷が生じると見積もられるのに対し、「くの字」型に曲げた板を多数平行に並べる新方式では、10$$^{9}$$回程度の入射に耐えられる見通しを得た。このような大幅な長寿命化設計の妥当性を確認するため、ビームダンプの材料であるモリブデン試料に対するレーザー耐力試験を行った。損傷が生じるまでの入射パルス数は、入射角及び偏光に依存し、設計時の想定通り、ビームエネルギーの吸収密度でほぼ決まっていることを確認した。さらに、ビームダンプを形成する屈曲板とシムを交互に重ねて拡散接合することにより、設計通りの形状で製作できることも分かった。

口頭

Development of the in-situ calibration method for ITER divertor IR thermography

竹内 正樹; 杉江 達夫; 竹山 茂治; 伊丹 潔

no journal, , 

In ITER divertor IR thermography, the in-situ calibration of emissivity on the divertor targets is important because emissivity will change due to changes in surface properties. Therefore, the laboratory experiment for the development of the in-situ calibration method by using an IR laser with the wavelength of 3.2 $$mu$$m was performed. The emissivity of the tungsten samples with the surface roughness of 0.3-5.9 $$mu$$m did not have strong dependence on both the wavelength in 3-5 $$mu$$m and the temperature in 400-1000 $$^{circ}$$C. As the surface roughness was smaller, the angle profile of the scattered light of IR laser became to be peaked at the angle of the IR camera. The derivation of the emissivity from the scattered light of the IR laser is under investigation. In order to clarify the effect of plasma to the surface condition of the tungsten, the experiment for the development of the in-situ calibration method in the Large Helical Device will be planed.

口頭

ITERダイバータ赤外サーモグラフィーの開発

杉江 達夫; 竹内 正樹; 竹山 茂治; 石川 正男; 嶋田 恭彦

no journal, , 

ITERダイバータIRサーモグラフィーは、赤外線領域の光を分光測定することにより、ITERのダイバータ板表面及びバッフル表面の温度(200度-3600度)分布及び入熱分布を計測する装置であり、0.02msの高時間分解能及び3mmの高空間分解能を有し、主にプラズマ先進制御及び物理研究に用いることを目的とした装置である。本サーモグラフィーは、3ミクロン帯及び5ミクロン帯を使った2色系と1.5-5.0ミクロンを測定波長範囲とする分光系の2つの測定系から構成される。また、ITERの環境に対応するために、耐放射線性、放射線遮蔽、除熱対策、熱歪対策、粒子照射軽減対策等を考慮した設計を進めている。光学設計では、本サーモグラフィーの占有空間内で、3mmの空間分解能が得られる光学系を構成できる見通しが得られた。また、プラズマ対向第一ミラーからの放射がバックグラウンドとして測定すべきダイバータ板からの放射に重畳する影響についての評価を行った。また、較正に関しては、ITERのベーキング時において、熱電対の測定結果を用いて行うが、設計に取り入れることを目的にしてIRレーザーを使った較正手法の試験を進めている。発表では設計開発の現状及び解決すべき課題について議論する。

口頭

ITERダイバータIRサーモグラフィー計測装置の詳細設計の進展

竹内 正樹; 杉江 達夫*; 竹山 茂治; 嶋田 恭彦; 石川 正男; 山本 剛史; 中村 来*; 北澤 真一; 伊丹 潔

no journal, , 

ITER計画において、日本が調達する計測装置の一つである、ITERダイバータIRサーモグラフィーの詳細設計を進めている。本装置はITER装置の過酷な環境下において、ダイバータターゲットの表面温度を高時間分解能(20$$mu$$s)及び高空間分解能(3mm)で計測を行うことが要求されている。詳細設計においては、この計測要求を満たす光学・機械・計装制御設計を行うとともに、設備との取り合いの明確化、較正手法の開発、核解析、熱・電磁力・構造解析等を行ってきた。具体的には、内側及び外側ダイバータを独立して観測する光学系を複数のミラーボックス内で保持し、第一ミラー保護のためガス駆動の二重ベローズ式シャッターを有する設計とした。光学系の核発熱を計算し(0.2W以下)、適切な冷却系を組み入れるとともに、インタースペースのプラズマ運転停止後の線量率を要求値の7$$mu$$Sv/h以下となるように設計を行った。また光軸調整は照明用レーザーをポートプラグ内に照射し可視カメラでの観測を基に2組の可動ミラーによって行う。講演では、これらの詳細設計の現状とともに最終設計に向けての課題についても発表を行う。

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