Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
小島 有志; 梅田 尚孝; 花田 磨砂也; 吉田 雅史; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 渡邊 和弘; 秋野 昇; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.
Nuclear Fusion, 55(6), p.063006_1 - 063006_9, 2015/06
被引用回数：47 パーセンタイル：89.57(Physics, Fluids & Plasmas)原子力機構では、JT-60SAやITERで利用する中性粒子入射装置の開発に向けて、大型高エネルギー負イオン源による100秒を超える負イオン生成・加速の実証を目指した研究を進めている。まず、JT-60SA用負イオン源の負イオン生成部のプラズマ閉じ込め用磁石配置を変更することにより、生成されたプラズマの密度分布を一様化することに成功した。これにより、引出領域の83%から一様な負イオンビームを生成し、これまでの最高値17Aを大きく超える32Aの負イオン電流を1秒間引き出すことに成功した。この磁場配位とこれまでに開発した長時間負イオン生成用温度制御型プラズマ電極を適用し、さらに負イオン電流のフィードバック制御手法を用いることにより、15Aの大電流負イオンビームを100秒間維持することに成功した。これは、JT-60SAの定格の68%の電流に相当し、パルス幅は定格を満たしている。また、ITER用高エネルギー加速器の開発に向けては、負イオンビームが加速途中で電極に衝突して生じる熱負荷を低減するだけでなく、負イオンと同時に引き出される電子を熱的に除去することが重要であった。今回、冷却構造を改良することにより従来の5倍の電子熱負荷を許容できると共に、残留磁場で偏向する負イオンビームの軌道制御機構を組み合わせて、新しい引出部を開発した。その結果、700keV、100A/m
の負イオンビームを従来の7倍以上長いパルス幅である60秒間維持することに成功した。
小川 宏明; 小川 俊英; 都筑 和泰; 川島 寿人; 河西 敏*; 柏 好敏; 長谷川 浩一; 鈴木 貞明; 柴田 孝俊; 三浦 幸俊; et al.
Fusion Science and Technology, 49(2), p.209 - 224, 2006/02
被引用回数：3 パーセンタイル：23.40(Nuclear Science & Technology)JFT-2Mでは、コンパクト・トロイド(CT)入射による先進的燃料補給法の開発を進めてきた。JFT-2Mの実験において、初めてHモードプラズマ中にCTを入射することに成功し、Hモードとの両立を確認した。その際の粒子補給効率として最大40%を得た。また、トカマク中でのCTの上下方向のシフトや反射といったトカマク磁場との相互作用に起因するCTの挙動を実験的に解明した。さらにCT入射直後に発生する磁気揺動の解析から、この揺動がCT磁場とトカマク磁場との磁気リコネクションを通じた粒子解放過程に関連することを明らかにした。同時に、入射装置の改良によるCTパラメータ(密度,速度)の向上や湾曲輸送管を用いたCT輸送実験を行い大型装置に適用する際の技術開発を進めた。
森下 卓俊; 柏木 美恵子; 奥村 義和; 渡邊 和弘; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 今井 剛
第12回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム(BEAMS 2001)報文集, p.33 - 36, 2001/11
大電流負イオンビームの生成は中性粒子(NB)入射装置の高効率化に向けて重要である。負イオンビームの静電加速段階では、残留中性粒子との衝突による負イオンの損失が高効率化の妨げとなるため、イオン源の運転ガス圧を低く抑える必要がある。また、イオン源にセシウム(Cs)を添加することで、負イオン生成が促進されることがわかっている。Cs添加イオン源では、低ガス圧下においてもイオン源内で高密度のプラズマの生成が必要であるため、イオンの閉じ込め効率の高いカマボコ型イオン源にCsを添加し、低ガス圧での大電流負イオンビーム生成実験を行った。生成された負イオンは電子との衝突反応により消滅するが、その反応断面積が電子温度に強く依存する。低ガス圧での放電では、負イオン生成領域の電子温度が高くなる傾向があるため、電子温度を負イオン生成に適した1eV程度まで下げる必要がある。そこで、電子温度を下げる働きをもつ磁気フィルターの強度を調節し、負イオン生成の最適化を行った。その結果、ガス圧0.1Pa,アーク放電パワー80kWにおいて、31mA/cm,49keVの負イオンビーム生成に成功した。
木津 要; 細金 延幸; 平塚 一; 市毛 尚志; 笹島 唯之; 正木 圭; 宮 直之; 本田 正男; 岩橋 孝明*; 佐々木 昇*; et al.
Fusion Engineering and Design, 58-59, p.331 - 335, 2001/11
被引用回数：16 パーセンタイル：72.31(Nuclear Science & Technology)JT-60Uではプラズマの高密度化を目的とした遠心加速方式のペレット(固体重水素)入射装置本体の開発を実施した。さらに、従来のトーラス外側からの入射に加えて、トーラスの内側からの入射を可能とするガイド管も開発した。本装置の開発では、ペレットの射出方向をばらつかせる原因の一つである重水素昇華ガスを効率的に取り除くようにした。さらに、ペレットの壁との衝突による破壊モデルを考慮した管径、テーパー角度、曲率を持ったガイド管を設計した。これらにより1.9mm立方体のペレットを周波数10Hz、速度600m/sの条件で8割以上の高効率での連続射出が可能となった。本装置を用いたプラズマへのペレット入射実験の結果、ガスパフでの供給に比べよりプラズマ中心側への燃料供給が可能なこと、100m/sのペレットであればガイド管を通してのトーラス内側からの入射が可能であることを確認した。
渡邊 和弘
電気学会誌, 121(6), p.384 - 386, 2001/06
未来のエネルギー源として期待される核融合技術と真空について解説する。プラズマを用いて核融合を実現するためには、その密度、温度、閉じ込め時間の三つが重要であるが、そのどれにも装置内の真空の質が大きく関わっている。また、プラズマ加熱に用いられる中性粒子を発生させるための負イオン源においても、真空中でのMeV級の直流絶縁技術が必要である。原研の臨界プラズマ試験装置JT-60では真空の質を改善してプラズマの性能を高めるために、第一壁面の材質の選択によりプラズマに混入する元素を制御している。影響の少ないできるだけ軽い元素とするためグラファイトが用いられ、かつボロン膜コーティングが施されている。さらに、プラズマ中の不純物を積極的に外部に取り出すダイバータと呼ばれる装置や磁場配位の改良によって1998年には核融合エネルギー増倍率1.25の世界最高性能を実現した。また、プラズマの加熱や定常維持に有効な1MeV級の高エネルギー中性粒子入射装置用の負イオン源の開発が行われている。負イオン加速管では耐電圧を高めるために絶縁体と金属部接合部の電界緩和や絶縁体表面のビームからの遮蔽などが適用され、さらに真空圧力の調整等によって1MeV級の負イオン加速が可能になった。本論文ではこれらについて解説する。
渡邊 和弘; 奥村 義和; 小野 要一*; 田中 政信*
平成13年電気学会全国大会講演論文集, P. 3081, 2001/03
国際熱核融合実験炉(ITER)用中性粒子入射(NBI)開発の一環として、NBI電源からイオン源まで直流1MVと200kV毎の中間電圧を電送するためのガス絶縁型直流1MV伝送系の開発を行っている。高圧導体及びそれらの支持と絶縁のためのアルミナ充填エポキシ製の多極ブッシングを装着した実機90%スケールの伝送系試験体を製作し、直流耐電圧試験を実施した。前回の報告では900kVまでの耐圧確認を報告したが、その後、高電圧導入器や伝送系チェンバーの各部毎のリーク電流を分離して測定し、高圧印加時のコロナ放電部を同定し電界緩和対策等を行った。これらの対策により、実機での試験電圧(定格の1.3倍)に相当する1170kVの耐圧を確認でき、ITER用NBI電源開発の最大の課題を達成した。
鈴木 康夫*
JAERI-Tech 97-070, 29 Pages, 1998/01
原研中性子科学用陽子蓄積リングの入射装置(荷電変換装置)として、磁場と光による新しい入射装置を提案する。この入射装置は、ニュートラライザーとアイオナイザーにより構成される。ニュートラライザーとはアンジュレーター磁場によりH
を中性化してH
とするものであり、リング内の直線部に設置されるアイオナイザーはアンジュレーターと光共振器からなり、レーザー光の共鳴吸収により主量子数n=3に励起されたHをイオン化するものである。レーザーとして出力の大きなNd:YAGレーザーの2倍好調波532nmを採用し、市販レベルのもので可能とし、要請されるこの分野の技術開発要素を極めて小さくした。但し、加速粒子のエネルギーを1.587GeVと従来の6%上昇させる必要がある。この方式は、荷電変換の際に生ずるビームの偏向角を小さくしてビームスピルを減らし、非荷電変換率も10
を可能とした。従来のようにフォイルによる散乱もなくまた、周回しているイオンへの影響もなく、必要となるレーザー出力も既存の技術で対応できるものである。
鈴木 康夫*
JAERI-Research 97-041, 19 Pages, 1997/06
JAERI-Research-97-041.pdf:0.61MB
蓄積リングに入射するための新しい入射方法を提案した。この入射装置はニュートラライザーとアイオナイザーから構成される。前者はリング外部のビーム・トランスポート部に置かれ、収束用電磁石とウイグラーからなり、HをHに中性化するものである。後者はリング内の直線部に設置され、ウイグラーと光共振器からなり、ウイグラーと入射装置の相対論的速度によるローレンツ力を利用して、光子ビームとの散乱によるイオン化するものである。将来の装置のように、バンプ電磁石によるリング内のビーム軌道を変えたり、フォイルによる散乱もなく、陽子蓄積リング入射装置部でのビーム・ロスの低放射に役立つものである。現在開発されている蓄積リングでは、この入射部での低放射化対策がもっとも技術的課題である。
鈴木 康夫*
JAERI-Research 97-040, 23 Pages, 1997/06
JAERI-Research-97-040.pdf:0.73MB
超伝導線形加速器によって加速されたHビームを荷電変換し、陽子ビームとして蓄積リングに入射し出射するための新しい入出射方法を検討した。本稿はこれらの多くの検討結果を失敗例も含めてメモとし、将来の詳細検討のため残すことを目的としている。電子、イオン、光子を用いた多くの方法を検討した。この中から最も有望なものとして、ウイグラーの強磁場と高エネルギー粒子との相互作用によるローレンツ力の物の中で、プラズマ・イオンを衝突させる方法と、あるいはドップラーシフトした光子ビームの光励起による方法が入射装置として実現可能なものとして考えられている。
奥村 義和; 佐藤 忠*; 登木口 克己*; 緒方 潔*; 松田 耕自*
原子力と先端技術,2; NSAコメンタリーシリーズ, No.3, p.135 - 169, 1995/06
最近の大電流イオンビーム生成技術の進展と、その応用研究について紹介する。これまでイオンビームの応用は数十keV程度のエネルギーを持つ正イオン源によるものに限定され、半導体へのイオン注入などイオンを不純物として利用する用途が主であった。一方、核融合炉の実現にむけて数eVの超低エネルギーからMeV級のビームエネルギーに至る広いエネルギー範囲のイオン源、アンペア級のイオンビームを定常的に安価に発生する技術、大電力負イオン源などの研究開発が進められている。これらの新技術はイオン工学の可能性を大きく広げるほか、照射するイオンそれ自身を構造材とした新素材や機能性薄膜などの製造、イオンミリングなどイオンを用いた加工技術などの、広い応用分野を拓くことが期待される。
松岡 守; 荒木 政則; 水野 誠
Fusion Technology, 26, p.1296 - 1303, 1994/12
時間的に変化する磁場を用いて直接交流電力を得るという、負イオン源を用いた中性粒子ビーム入射装置用の荷電粒子回収装置を提案する。従来の静磁場ないし静電場を用いた荷電粒子回収装置では出力が直流電力であるため、将来の中性粒子ビーム入射装置の~1MV,~10Aの出力を商用回路に回生させるのが技術的に非常に困難となる。ここで提案する方法によれば、交流電力の形で得られるため、トランスで電圧を低くしてからエネルギー回生のための回路を組む事ができる。
水野 誠; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 小原 祥裕; 奥村 義和; 田中 茂; 渡邊 和弘; 浅原 政治*; 小西 一正*; 中里 宏*; et al.
Fusion Engineering and Design, 23, p.49 - 55, 1993/00
被引用回数：3 パーセンタイル：37.67(Nuclear Science & Technology)定常トカマク型動力炉(SSTR)用2MeV中性粒子入射装置の概念設計について記述する。装置は2個の接線ポートより炉心プラズマに2MeV,60MWの中性重水素ビームを入射する。それぞれのポートには8個のイオン源/加速器モジュールを有するビームライン1基が据え付けられる。モジュールはビームライン軸から外れて配置されており、加速されたイオンビームはイオンビーム偏向システムにより偏向され中性化セルに導かれる。このような配置とすることにより炉心からの直接の放射に曝されることなく、かつ、1つのポートに多数のモジュールを配置することが可能となる。また、モジュールあたりのイオンビーム出力を減らせるため、コッククロフト・ワルトン型直流高電圧電源の採用が可能となり、高電圧伝送系が不要となる。さらに、全モジュールが同一フロアーに配置されるため、メンテナンスが容易になる。
長谷川 浩一; 河西 敏; 鈴木 貞明; 小田 泰嗣*
JAERI-M 92-170, 18 Pages, 1992/11
核融合の研究では、プラズマの内部領域に粒子を効率よく補給する研究が進められていて、固体水素ペレットを高速でプラズマに入射する方法が注目されるようになってきた。ペレットの入射技術の開発と共に、射出されたペレットの速度、質量、形状、などを正確に測定する技術の開発も重要な課題である。本報告書では、高速で繰り返し射出されたペレットの形状を観測するのに優れている影絵(シャドーグラフ)の撮影法とその観測結果についてまとめた。高輝度パルス光源とビデオ・カメラを組み合わせた撮影方法により1~5Hz間隔で射出されるペレットを、100%に近い確率で撮影することができた。
河西 敏; 長谷川 浩一; 小田 泰嗣*; 小野塚 正紀*; 鈴木 貞明; 三浦 幸俊; 辻村 誠一*
JAERI-M 92-143, 40 Pages, 1992/09
核融合実験装置のプラズマへの粒子入射法の一つとして研究開発が進められている固体水素(重水素)ペレット入射技術に関して、繰り返してペレットを射出できるニューマチック式ペレット入射装置の開発を行った。今までに冷却器の温度、押出し用ピストンの速度、加速ガス圧力等を調整、制御することにより、2~3.3Hzで速度と質量のそろったペレットを繰り返し射出することができた。また、最大1.7km/sの速度を得ることができた。
松岡 守; 斎藤 房男*; 松田 慎三郎; 比嘉 修*; 水野 誠; 渡辺 幸夫*; 渡邊 和弘; 内藤 正次*
電気学会論文誌,B, 112(11), p.1035 - 1044, 1992/00
ゲートターンオフサイリスタ(GTO)を用いた過渡電圧制御機能付きスイッチを開発し、JT-60NBIの加速電源の直流スイッチとして使用した。NBIのこの直流スイッチにはこれまでの四極管が使われてきたが、NBIの高エネルギー化、高パワー化に伴い四極管の信頼性が低下してきたことから、これに代わるものとして開発したものである。電圧制御機能はイオン源に過渡的に過大電圧がかかり、放電破壊が生ずるのを防ぐために必要とされる。多数直列接続されるGTO素子の一部に個々に非線形抵抗を並列接続し、これらのGTO素子を個別にオンすることにより、電圧制御機能を実現した。イオン源を負荷とした試験により、この機能が正常に動作することを確認した。また四極管と同等のスイッチング性能を有し、信頼性も高いものとすることができた。
松岡 守; 堀池 寛; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 菊池 満; 栗山 正明; 水野 誠; 田中 茂
Fusion Technology, 19, p.113 - 130, 1991/01
JT-60NBIでは、イオン源と中性化セルでは磁性材を用いた通常の受動的な磁気シールドが採用されている一方で、中性化されなかった残留イオンビームに対してはコイルを用いた能動的な磁気シールドが採用された。JT-60NBIでは空間的な制限と、プラズマ位置でのエラー磁場値の制約から、能動的方法が唯一可能な方法である。能動的磁気シールドの設計は、磁場関係の1/4モデル、その測定磁場を用いたイオン軌道計算を通じて行った。ビームダンプに埋め込んだ熱電対出力は計算値と一致し、設計の妥当なことが示された。
奥村 義和; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 小原 祥裕; 水野 誠; 鈴木 靖生*; 田中 秀樹*; 渡邊 和弘
第1回粒子線の先端的応用技術に関するワークショップ, p.69 - 72, 1990/11
核融合用に開発の進んでいる、高エネルギー、大電流の負イオン源について概説する。将来の核融合プラズマの加熱のために、MeV級で数十アンペアの大容量の負イオン源が求められている。これにむけて原研では、負イオン源の高エネルギー化と大電流化の2つの観点から研究開発を進めている。これまでに10A、50keVの水素負イオンビーム出力を持つ世界最大の負イオン源の開発に成功した他、単一孔からのビームではあるが、240keVまで、負イオンビームを収束性良く加速している。このとき、ビームの発散角は3mradと極めて小さい。
松岡 守; 秋場 真人; 有本 公子*; 堀池 寛; 栗山 正明; 松田 慎三郎; 小原 祥裕
Review of Scientific Instruments, 61(10), p.2614 - 2622, 1990/10
被引用回数：1 パーセンタイル：34.70(Instruments & Instrumentation)JT-60中性粒子入射装置に於いてビームパルス中にビームエネルギーを変化させる制御を行うことに成功した。このような制御を行うためにはビームエネルギーに直接対応する加速電圧だけでなく、加速電流や偏向磁場も同時に変化させねばならない。従って注意深い制御法と、各機器の良い追従性が要求される。偏向磁場を発生するための鉄芯に流れる渦電流の時定数が長く0.4秒であることからプレプログラムによる制御とした。JT-60中性粒子入射装置原型ユニットにおける試験を経て、JT-60の加熱実験に応用した。応答速度を速くすることにより、将来の装置ではプラズマの発展を直接フィードバックするようなビームエネルギーの実時間制御も可能と考えられる。
小原 祥裕; 秋場 真人; 荒木 政則; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 小島 啓明; 栗山 正明; 松田 恭博*; 松岡 守; et al.
JAERI-M 90-154, 119 Pages, 1990/09
過去数年にわたり、負イオンを用いた中性粒子入射装置を実現するための研究開発を強力に実施してきた。特に、最も重要な開発項目である大電流負イオン源に関しては、50keVで10Aの水素負イオンを生成することに成功した。得られた負イオンビーム電流及び電流密度は、すでに負イオンNBIシステムで必要とされる値に達している。この様に、負イオンを用いた中性粒子入射装置に関するR&Dはここ数年で大きな進歩を遂げた。現在、500keV級NBIシステムの建設は技術的に可能となりつつある。
平塚 一; 三代 康彦; 川崎 幸三; 吉岡 祐二*; 太田 和也*
KEK-Internal-89-7, p.301 - 304, 1989/08
JT-60では、プラズマ中心密度の向上を図る目的で高速度で水素同位体を射出するペレット入射装置を設置した。本装置は、水素を液体ヘリウムにより冷却してペレットを生成し、高圧ガスにより射出する。ペレットサイズは、従来装置に比べて大型であるため、従来の生成条件では粒子補給率が高まらない。そのため、生成条件の最適化を図った。その結果、生成開始温度、生成時間、生成圧力等に影響されることが確認できた。最適化後の粒子補給率は平均65%で、従来装置に比較すると2倍以上となる。ペレット速度は、加速ガス50kgf/cmGで約1.4km/sである。また、本装置は、加速ガス100kgf/cmGで大型ペレットサイズの改良が行われ、粒子補給率50~70%の安定した生成条件が得られた。ペレット速度も最高約2.3km/sとガス銃方式の装置としては最高である。本報告では、最適化ペレット生成と射出特性について報告する。
