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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：41.68(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。
谷 啓二; 飛田 健治; 飯尾 俊二*; 筒井 広明*; 西尾 敏; 青木 尊之*
電気学会論文誌,A, 125(11), p.938 - 942, 2005/11
低アスペクト比トカマク炉VECTORにおけるアルファのリップル損失を軌道追跡モンテカルロコードを用いて検討した。リップル損失は、アスペクト比は小さくになるにしたがって急激に減少する。このため、VERCTORではアルファ粒子は非常によく閉じ込められる。低アスペクト炉における良好なアルファ粒子閉じ込めにより、プラズマ外側端近傍の真空容器に冷却機構を設け、トロイダル磁場コイル内径を30%程度大きくすることで、トロイダル磁場コイル数を6程度まで削減できることがわかった。
酒井 卓郎; 佐藤 隆博; 石井 保行; 及川 将一*; 島田 博文*; 芳賀 潤二*
第18回タンデム加速器及びその周辺技術の研究会報告集, p.73 - 76, 2005/10
TIARAのマイクロビームシステムにおいては、ビームの走査制御は、PCベースのシステムで行っているが、その機能としては、Qレンズのビーム集束パラメーター調整用の二次電子画像のリアルタイム表示と、PIXE分析などに用いる均一走査照射などの単純な照射制御しか行っていなかった。今回、ビーム走査制御用PCに、新たにビーム描画機能の付加を行ったので報告する。近年、微細加工の新たな手法として、数MeV程度のイオンマイクロビームを用いた加工技術が、シンガポール国立大学等のグループによって開発され、高アスペクト比の加工が可能な方法として、注目を集めている。しかしながら従来まで、国内においては研究開発がほとんど行われておらず、新たに今年度より、芝浦工業大学のグループと共同で研究を開始した。今回予備的に行った実験では、PCにあらかじめセットしたライン&スペースのパターンに対応するビーム走査信号をデジタル-アナログ変換器(DAC)から設定した時間間隔で出力、1.7MeV水素イオンマイクロビームを試料上に描画照射することにより、レジスト材であるPMMA膜上にパターンを転写できることを確認した。
Song, Y.*; 西尾 敏
Fusion Engineering and Design, 72(4), p.345 - 362, 2005/01
被引用回数：6 パーセンタイル：40.41(Nuclear Science & Technology)中心ソレノイドコイルのないトカマク炉の常伝導トロイダル磁場コイルの許容電流密度を合理的に増加させる新方式について論じたものである。最重要課題は電磁力である。トロイダルコイルのクリティカルな部位はトーラス中心領域の直線部である。これは、この部位が強磁場環境に置かれることと空間的に制約され支持部材の導入が困難なためである。全トロイダルコイルでこの部位は一本の柱状をなし中心ポストと呼ばれ、ここでの荷重形態は中心力によるピンチ力とフープ力による引っ張り力である。この両荷重形態は相乗して応力強さを増加させることになり、コイル許容電流が著しく制限される。応力強さを軽減する目的で中心柱に上下方向からフープ力を相殺する以上の圧縮荷重を加える。この場合、圧縮荷重は座屈によって制限されるとした。この圧縮荷重を最適化することで電磁力の観点からコイル許容電流を2倍以上増加できることを明らかにした。また中心ポストの幾何形状によってはジュール発熱の除熱性能が許容電流密度を決定する。この場合でも従来比で6割程度の電流密度の増加が見込めることを明らかにした。
analyses with ferromagnetic and plasma rotation effects and wall geometry for a high steady state tokamak栗田 源一; Bialek, J.*; 津田 孝; 安積 正史; 石田 真一; Navratil, G. A.*; 櫻井 真治; 玉井 広史; 松川 誠; 小関 隆久; et al.
IAEA-CN-116/FT/P7-7 (CD-ROM), 8 Pages, 2004/11
標準的なアスペクト比のトカマクに対して、比透磁率が2程度の強磁性体壁の効果によって限界ベータは約8%減少することが示された。高アスペクト比トカマクでは観測されなかったトロイダルプラズマ回転とプラズマ散逸の両方の効果によって開かれる安定窓の存在がアスペクト比3のトカマクで示された。それらに対する強磁性体壁の効果も調べられた。NCT(国内重点化トカマク)プラズマの有限抵抗を持った安定化板と真空容器の形状の効果を含んだVALENコードによる限界ベータ解析が始まり、安定化板の受動的安定化効果の結果が得られた。また、真空容器の安定化効果と能動的フィードバック制御の効果が、現状の設計のNCTプラズマに対して計算された。
櫻井 真治; 飛田 健次; 西尾 敏
プラズマ・核融合学会誌, 80(11), p.955 - 958, 2004/11
球状トカマクの周辺プラズマ研究の進展をレビューするとともに、低アスペクト比トカマク型発電炉のダイバータ熱流制御の成立性について概念検討を行い、ダイバータの除熱能力に対するストライク点での磁気面間隔拡大比,ダイバータ板の傾斜角及びプラズマ三角度等の効果を評価した。弱磁場かつ高安全係数の低アスペクト比トカマクではスクレイプオフ層の熱流幅が広いためストライク点の磁気面間隔拡大比
10として受熱面積をポロイダル方向に拡大できればダイバータ部での放射冷却が不要となる。その場合、ダイバータ板の傾斜角などを考慮するとダイバータレッグ長さとして3mが必要となる。核融合出力3GWを想定してケーススタディを行った結果、低三角度配位では、type II ELMによるELM熱負荷低減が期待できない反面、ダイバータコイルを遠ざけるなど配位を工夫することで十分なレッグ長さを確保して上記の条件を満足し、ELM熱負荷も1MJ/m
まで低減可能となる。低三角度では高密度での閉じ込め性能劣化が懸念されるが、大半径が小さく内側ダイバータ領域が狭くなる低アスペクト比トカマクの熱流制御としては魅力的な選択肢の一つである。
山内 通則*; 西谷 健夫; 西尾 敏
プラズマ・核融合学会誌, 80(11), p.952 - 954, 2004/11
低アスペクト比を目指すトカマク炉では、トーラス内側構造を極力小さくする必要がある一方、トーラス外側構造の割合が大きくなる。そこで比較的大きな領域を要するトリチウムの増殖は主としてトーラス外側で行い、トーラス内側では超伝導コイルの遮蔽を主目的とする設計が合理的となる。最適な内側遮蔽構造は、材料にW及びVH
を使用すれば、真空容器とコイルケースを除いた遮蔽体厚さを5758cm程度にできる可能性がある。ただし、Wは強い残留放射能等の問題があるので、Wを除いた構造ならば約7476cmの遮蔽厚が必要となる。一方、外側ブランケットには増殖材としてLiOや液体Liを使用し、トーラス内側に反射体を設ければ、大きなTBRが期待できる。LiPbは将来的には有力なトリチウム増殖材であるが、十分なTBRの設計が難しい。この場合内側にリチウム鉛(LiPb)の中性子反射体を設け、内側のTBRも回収できれば、トリチウムの自己供給が可能な核融合炉が実現する。
飛田 健次; 西尾 敏; 小西 哲之*; 實川 資朗
Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part2), p.1610 - 1614, 2004/08
被引用回数：12 パーセンタイル：61.44(Materials Science, Multidisciplinary)埋設処分すべき放射性廃棄物を低減するため、核融合炉がとるべき実用的方策の検討を行った。低アスペクト炉は炉の構成に必要な鉱物資源総量が少ないため、廃棄物という観点だけでなく、地球規模の鉱物資源節約という長期的視野でみたとき優位である。遮蔽強化により遮蔽外部の重量構造物をクリアランス廃棄物化することは、核融合廃棄物のリサイクル市場を拡大するうえで重要である。また、中性子遮蔽,液体金属増殖材は廃棄処分する場合にはその大部分を余裕深度管理しなければならないが、再利用するとすればこれらは比較的簡単な処理ののち次世代炉での利用が可能と考えられる。これらの方策を統合すると、低アスペクト炉VECTORから発生する埋設処分すべき廃棄物は、1,685トンまで低減できる。
飛田 健次; 小関 隆久; 中村 幸治
Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(7), p.S95 - S105, 2004/07
被引用回数：10 パーセンタイル：31.99(Physics, Fluids & Plasmas)ホール半径r/a=0.6の電流ホールを持つ核融合プラズマにおけるアルファ粒子閉じ込めとビーム電流駆動を数値解析により評価した。このように広い電流ホールが存在する場合、通常アスペクト比(約4)のトカマク炉では15%を超えるアルファ粒子損失が生じうることを示した。一方、低アスペクト比(約2)のトカマク炉は、リップル率の急速な減衰及び磁力線構造の点でアルファ粒子閉じ込めに優位であり、このような電流ホールに対しても損失は2%程度に抑えられる。ビーム電流駆動という観点では、電流ホールプラズマは要請するビームエネルギーが低く既存技術で対応できるという利点がある反面、電流ホールの維持のために必要な電流分布と実際の電流駆動分布がそろわない問題があり補助的な利用に限られる可能性がある。
西尾 敏
電気学会プラズマ研究会資料 (PST-03-37), p.1 - 6, 2003/10
低アスペクト比プラズマの性能卓越性に着目し、トカマク炉を小型高性能化することを試みた。改善の主なものは以下の3点である。(1)中心ソレノイドコイル(CSC)の排除。将来のトカマク炉は非誘導定常運転が想定されており、その際CSCは不可欠の機器ではなくなる。(2)上記(1)を前提として、トーラス中心領域のTFCを一体化構造、すなわちセンターポスト構造を採用する。これによりスリムで電流密度の高いTFCが可能となる。(3)遮蔽体の合理化。低アスペクト比化を優先しトーラス内側領域にトリチウム増殖ブランケットの設置は断念する。トーラス内側の遮蔽体は中性子の反射材,減速材,吸収材及び
線の遮蔽材等で構成し、各構成成分の最適化を図る。これらの改善により従来トカマク炉の設計例と比べて、炉本体の重量出力密度を2倍程度増加することに成功した。炉本体重量自身も半分以下になり建設費低減による社会受容性の大幅な向上が期待される。
谷 啓二; 飛田 健次; 西尾 敏; 飯尾 俊二*; 筒井 広明*; 青木 尊之*
電気学会プラズマ研究会資料 (PST-03-39), p.13 - 18, 2003/09
非円形断面トカマク炉におけるアルファ粒子のリップル損失の検討を軌道追跡モンテカルロ(OFMC)コードを用いて行った。また、負磁気シア配位の低アスペクト比コンパクト・トカマク炉におけるアルファ粒子のリップル損失をOFMCを用いて評価した。
仙石 盛夫
電気学会プラズマ研究会資料 (PST-03-41), p.23 - 26, 2003/09
ITERや将来の核融合炉における定常運転シナリオでは、ブートストラップ電流(自発電流)の全電流に対する割合が十分大きいことが要請される。本講演では、ITERの非誘導定常運転シナリオの解析をもとに、アスペクト比(プラズマ大半径/小半径)の小さい場合にも適用可能なモデルにより、商用炉VECTOR(アスペクト比約2)についてブートストラップ電流と、外部駆動電流の分布を求めて最適化及び駆動電流のアスペクト比依存性を報告する。対象とするプラズマ放電モードは、弱負磁気シアー及び強負磁気シアーの電流ホールが発生している場合を扱った。
Song, Y.; 西尾 敏
Proceedings of 20th IEEE/NPSS Symposium on Fusion Engineering (SOFE 2003), p.581 - 584, 2003/00
低アスペクト比のトカマク炉,中就STトカマク炉のトロイダルコイル形態はトーラス中心領域で構造的に一本の柱状に一体化することが可能となり、コイル全体としての剛性の向上が期待できる。この中心柱に作用する電磁力形態はピンチ力による断面内圧縮力と柱の軸方向の引張り力である。発生する応力強さはこれら二種類の応力の大きさの和で表される。そこで軸方向引張り力を打ち消すためにあるいはそれ以上に外部から圧縮力を加えることにより、応力強さを低減し部材量の低減あるいはより高電流密度のコイルを実現することが期待できる。外部から印加する軸方向圧縮力の許容値は柱の座屈によって制限される。本論分での座屈の可否は柱の太さ,長さ及び空洞率(冷却路の占有率に対応)の関数として定量化した。
渡辺 正
Parallel Computational Fluid Dynamics, p.33 - 40, 1998/00
アスペクト比2:2:1の矩形領域のレイリーベナール系(上面が低温で底面が高温に保たれた流体の系)における3次元対流パターンのシミュレーションを直接シミュレーションモンテカルロ法を用いて行った。256台のプロセッサを持つ超並列計算機を用い、1億6千万個の粒子の運動を計算することにより巨視的な熱伝導から蜂の巣状対流への遷移、さらにロール状対流への遷移が起こることを示した。対流状態における流速分布は摂動理論により得られるものと一致したが、遷移点のレイリー数及び遷移のヒステリシス現象はアスペクト比に影響されることが明らかになった。
西尾 敏; 植田 脩三; 関 泰
電気学会原子力研究会資料, p.21 - 28, 1997/00
実証炉あるいは初期の商用炉を念頭におき、保守性と環境安全性を重視したトカマク型動力炉DREAMを提案した。その主な特徴は、以下のとおりである。(1)安定した信頼性のある運転を目指すため、プラズマ物理的には比較的保守的である。トロヨン係数は3、MHD安全係数は3とする。(2)SiC複合材の導入により保守時の放射線量を低減し、電磁石の低減にも配慮した。加えてヘリウム冷却を可能ならしめ熱効率が向上し、50%近くまで改善した。(3)トーラス体のアスペクト比を大きくしたことにより、配管系がトーラス中心部に集められ、本体まわりがシンプルになった。さらにブートストラップ電流の比率が大きくなり、所内電流比が下がった。
西尾 敏; 植田 脩三; 青木 功; 黒田 敏公*; 三浦 秀徳*; 栗原 良一; 功刀 資彰; 関 泰
Fusion Energy 1996, 3, p.693 - 699, 1997/00
トカマク型核融合炉の弱点のひとつに機器構成の複雑性及び使用材料の放射化に起因して保守・修理の困難さを伴うことが指摘されている。その困難さを大幅に軽減するために極低放射化材料を使用するとともに、トーラス体を放射状に等分割し、それぞれのセクターを組立ユニットとする新たな炉概念DREAM炉を提案した。主な特徴は、(1)SiC/SiC複合材の導入により、保守時の放射線線量率を著しく低減し、さらにディスラプション時の電磁力発生を回避した。加えて、強い耐熱性故高温ヘリウム冷却が可能となり熱効率が向上した。(2)プラズマアスペクト比を大きくしたことにより、配管系をトーラス内側に引き出すことが可能となった。さらにブートストラップ電流の比率が大きくなり所内電力比が低減された。
M.Z.Hasan*; 高瀬 和之
15th IEEE/NPSS Symp. on Fusion Engineering,Vol. 1, 0, p.1202 - 1205, 1993/00
核融合炉のプラズマ対向機器内に設置される矩形冷却材流路は、流路片面にだけ大きな熱負荷を受けるため、流路表面に非均一な熱流束分布を生じる。また、磁性流体の場合には炉内の強い磁気の影響でMHD効果を生じる。そこで、本研究では矩形流路内MHD層流熱伝達に及ぼす非均一熱流束及びMHD効果の影響を、数値的に評価したものである。作動流体は液体リチウム、流路材質はバナジウム合金、計算パラメータはハルトマン数、アスペクト比及びプラズマ対向面とそれ以外の面との熱流束比である。矩形流路の伝熱性能はアスペクト比の増加とともに向上するが、最適な伝熱性能を示すアスペクト比はハルトマン数の関数となることがわかった。
高瀬 和之
流体工学部門講演会講演論文集, p.266 - 268, 1993/00
核融合炉のプラズマ対向機器内に設置される冷却材流路は、流路片面だけに大きな熱負荷を受けるため、流路表面に非均一な熱流束分布を生じる。また、磁性流体の場合にはMHD効果が速度分布を通して伝熱に寄与される。本研究では、十分に発達したMHD層流条件下で、矩形冷却材流路の熱伝達に対する非均一熱流束と流路アスペクト比の影響を数値的に調べた。本検討により、プラズマ対向面上のヌッセルト数は比均一熱流束の増加とともに減少し、アスペクト比の増大とともに増加することがわかった。また、最も良好な伝熱性能を示すアスペクト比はハルトマン数の関数として表せられることを示した。
二宮 博正; JT-60チーム
Phys. Fluids B, 4(7), p.2070 - 2080, 1992/07
被引用回数：53 パーセンタイル：82.97(Physics, Fluids & Plasmas)改造後のJT-60(JT-60U)は、7月中旬より重水素ガスを用いた中性粒子加熱実験を開始する。JT-60Uの特徴は、1)他の大型トカマクに比較してアスペクト比が大きい。2)熱伝導性の良い複合黒鉛材をダイバータ板に利用してダイバータ板の蒸発による不純物混入を押さえようとしている点である。本講演では、重水素加熱実験におけるこれら閉じ込め特性のアスペクト比依存性、高加熱入力下での不純物特性等について得られた結果について報告するとともに、今後の展望について述べる。
小原 祥裕; 菅原 亨*
JAERI-M 5929, 20 Pages, 1974/12
空間電荷制限電流状態のもとでのビーム軌道を計算することによって、インジェクタ用二段加速イオン源のビームの発散を調べ、その設計を試みた。第2段加速部は、初速をもった発散性ビームが均一こ放出される球面状多孔形電極及び単一孔引出し電極より構成される。アスペクト比(電極孔半径/引出し電極間隔)が1及び2/3、エネルギー比(第1段加速エネルギー/最終ビームエネルギー)が1/3と1/2、規格化パービアンスが0.6~1.5について、電極の最適構造が求められた。パービアンスがある値より大きくなると、ビームの発散は急に増大し、他のパラメータによって補償することが困難となる。又、第1段目の発散ほそのまま第2段目の発散に加えられることがわかった。
