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論文

Development of a high power wideband polarizer for electron cyclotron current drive system in JT-60SA

三枝 幹雄*; 小山 岳*; 松原 史明*; 滝井 啓太*; 佐井 拓真*; 小林 貴之; 森山 伸一

Fusion Engineering and Design, 96-97, p.577 - 582, 2015/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:83.34(Nuclear Science & Technology)

JT-60SA用電子サイクロトロン加熱電流駆動装置で採用が期待される2周波数ジャイロトロン用に110GHzと138GHzで使用可能な大電力広帯域マイターベンド型偏波器の開発を行った。マイターベンドに組み込んだ2種類(偏波面回転用と楕円偏波の軸比制御用)の回折格子の溝の深さは、2周波数に対して数値計算により最適化を行った。低電力試験の結果から、偏波面回転用と楕円偏波の軸比制御用の偏波器を組み合わせて、2周波数で全偏波が発生できる事を確認した。また熱応力の評価は有限要素法で行った。偏波面回転用マイターベンド型偏波器の大電力試験を110GHzで0.24MW、3秒まで行い、偏波器のジュール損失の回転角依存性が理論と矛盾しないことを確認した。

論文

Development of a high power diplexer with short-slotted metal half mirrors for electron cyclotron current drive

三枝 幹雄*; 渥美 幸平*; 山口 智輝*; 小田 靖久; 坂本 慶司

Fusion Engineering and Design, 88(6-8), p.964 - 969, 2013/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:74.56(Nuclear Science & Technology)

A neoclassical tearing mode (NTM) which is a resistive MHD instability driven by plasma pressure gradient in tokamak plasma is one of the key issues giving the upper limitation of plasma performance. It can be controlled by the local current drive in a magnetic island with electron cyclotron current drive (ECCD). Up to now, ECCD with pulse modulated gyrotron operation at duty of 50% have been done to drive current into only O-point. For improving a stabilizing efficiency of NTM, the fast directional switch had been developed. It makes the duty of ECCD system to 100% by switching beam direction for tracking the rotating O-point of a magnetic island of NTM. The new type diplexer as a fast switching device of high power millimeter wave was proposed and had been simulated with finite difference time domain (FDTD) method. A proposed diplexer consists of a ring corrugated circular waveguide, a pair of mitre-bends, and a pair of half mirrors. The low power switching operation of the mock-up diplexer with long-slotted metal half mirrors at the two frequency bands (137 GHz and 170 GHz) was veried. In this paper, the low power test results of the diplexer with new short-slotted metal half mirrors at a frequency band of 170 GHz is reported.

論文

Numerical estimation of Ohmic loss of high power wideband diplexer for ECCD system

渥美 幸平*; 山口 智輝*; 長嶋 浩司*; 三枝 幹雄*; 福成 雅史*; 小田 靖久; 坂本 慶司

Plasma and Fusion Research (Internet), 8(Sp.1), p.2405077_1 - 2405077_4, 2013/06

A diplexer for high power millimeter wave has been developed as a fast switching device in ECCD system for improving a stabilizing efficiency of neoclassical tearing modes. The switching operation of diplexer was confirmed with the FDTD code developed in our laboratory and low power tests using a mock-up diplexer. The cooling design of half mirror will be a key issue of this development, so that the Ohmic loss of a miter bend and a half mirror of the ring resonator was estimated by the numerical simulations.

論文

Study of ohmic loss of high power polarizers at 170 GHz for ITER

柏 吉忠*; 三枝 幹雄*; 高橋 幸司; 春日井 敦; 坂本 慶司

Fusion Engineering and Design, 81(19), p.2249 - 2256, 2006/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:79.89(Nuclear Science & Technology)

磁化プラズマにおける高効率電子サイクトロン電流駆動には、特定の偏波をプラズマ中に入射する必要がある。その偏波を作るために格子状溝を有する反射板(偏波器)を使用する。ITER用偏波器は1MWミリ波の定常伝送が要求されており、その伝送性能を示す必要がある。本研究では、伝送時に生ずるオーミック損失を評価する計算コードを開発し、そのコードを用いて格子溝内外に流れる電流を計算し損失評価を行った。その結果、定性的に実験結果と一致することを明らかにした。

論文

Beam dynamics of a 175 MHz RFQ for IFMIF project

前原 直; 森山 伸一; 三枝 幹雄*; 杉本 昌義

Proceedings of 10th European Particle Accelerator Conference (EPAC '06) (CD-ROM), p.1990 - 1992, 2006/06

国際核融合材料照射施設は、D-Liストリッピング反応を用いた加速器による中性子照射施設である。要求されているビーム電流250mAは、125mAの2つの加速器ビームラインにより合成され、その入射器,RFQ,DTLの出力エネルギーは、それぞれ0.1, 5.0と40MeVである。125mAの大電流加速のために175MHzの運転周波数が採用された。大電流ビームシミュレーションの結果、全長12mのRFQがRF入射電力2.3MW CWによりエミッタンスの広がりを最小限に抑えるために設計された。このような12m長のRFQに対して、軸方向の高次モードを抑制するために、少なくとも2つの空洞結合板が必要不可欠である。ビームダイナミックスの観点からTOUTATISコードによる伝送効率の評価を行い、空洞結合板設計として、そのギャップ幅を4mm以下にすることにより伝送効率の劣化を0.5%以内に抑えることができることが判明した。

論文

Development of an RF-input coupler with a multi-loop antenna for the RFQ linac in IFMIF project

前原 直; 森山 伸一; 三枝 幹雄*; 杉本 昌義; 今井 剛; 竹内 浩

Fusion Engineering and Design, 75-79, p.823 - 827, 2005/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:87.83(Nuclear Science & Technology)

IFMIFのRFQライナックのために、同軸導波管を用いたマルチループアンテナによるRF入力結合系の開発を行っている。ループアンテナを用いた場合、ループアンテナの構造がそれぞれの位相差やパワーバランスに影響を与える。パイプ直径10mmを用いたループアンテナを試作し、位相差とパワーバランスを低電力試験で測定した。ループアンテナの挿入距離を3cmにすると位相差やパワーバランスが乱れないことが判明した。しかし、耐電圧の面で単一ループアンテナによるマルチMW級の結合は難しいことから、2つもしくは4つのループアンテナを用いた結合の方が単一ループアンテナより、耐電圧及びパワーバランスの観点から良いと思われる。そこで2つケースに対して位相差とパワーバランスを測定した。平均位相差として179$$^{circ}$$と8%程度のパワーバランスの良い測定結果が得られた.これらの結果は、IFMIF 175MHz RFQにおいてマルチループアンテナを用いたRF入力結合系に対する有効性の一つを示した。

論文

Thermal analysis and Ohmic loss estimation of polarizer for ITER ECCD system

三枝 幹雄*; 高橋 幸司; 柏 吉忠*; 大石 晋平*; 星 勇気*; 中畑 裕行*; 春日井 敦; 坂本 慶司; 今井 剛*

Fusion Engineering and Design, 74(1-4), p.473 - 478, 2005/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:79.45(Nuclear Science & Technology)

国際熱核融合実験炉用電子サイクロトロン電流駆動装置の偏波器を開発し、170GHz, 441kW, 6sまでの大電力長パルス試験を行った。また、偏波器へ入力する直線偏波の入射偏波面を別の偏波器で回転させて偏波器の損失を温度上昇で測定したところ、偏波器の高周波損失は、入射偏波と回折格子の回転角に大きく依存し、その依存性は電磁界解析結果と定性的に一致した。電子サイクロトロン波のプラズマへの高効率結合に必要な入射偏波条件における損失の変化範囲は、理論値で0.2%から1.6%程度にまで変化した。

論文

Power-balance control by Slug Tuner for the 175MHz Radio-Frequency quadrupole (RFQ) linac in IFMIF project

前原 直; 森山 伸一; 三枝 幹雄*; 杉本 昌義; 今井 剛*; 竹内 浩

Fusion Science and Technology, 47(4), p.941 - 945, 2005/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

国際核融合材料照射施設(IFMIF)の175MHz高周波四重極(RFQ)リニアックでは加速のための電力供給用にループアンテナを使用する。加速空洞内にアンテナやピックアップを挿入した場合、安定加速の実現に重要な4等分割領域間での運転モード(TE$$_{210}$$)の高周波電力バランスが乱される。本研究では175MHzモデル空洞に実機相当のループアンテナを配置したうえでスラグチューナーによるパワーバランス制御の実現範囲を定量的に調べた。直径3cmの円柱のチューナーを3cm挿入した場合、パワーバランスを$$pm$$20%まで制御できるという結果を得た。

報告書

Evaluation of RF properties by orifice design for IFMIF RFQ

前原 直; 森山 伸一; 三枝 幹雄*; 杉本 昌義

JAERI-Research 2005-007, 11 Pages, 2005/03

JAERI-Research-2005-007.pdf:2.59MB

IFMIF(国際核融合材料中性子中性子照射施設)用RFQ(高周波四重極加速器)のためのオリフィスを設計及び製作し、低電力による高周波特性の評価を行った。その設計されたオリフィスは、RFQモックアップモジュールに取付け、四重極運転モードTE$$_{210}$$に対する共振周波数及びキャビティ間の位相差を測定した。この結果、オリフィスのスリット方向をRFQ壁に流れる電流方向と同じにした条件では、高周波特性はオリフィスによる影響を受けないことが判明した。これらの設計されたコンダクタンスは、221から240liter/secであり、IFMIF RFQにおける4.1mのセントラルモジュールに4個のオリフィスを設けることにより、5$$times$$10$$^{-7}$$[Pa]レベルの真空度を達成できる結論を得た。

論文

A 175MHz RFQ design for IFMIF project

前原 直; 森山 伸一; 杉本 昌義; 齋藤 雄一*; 三枝 幹雄*

Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference (PAC '05) (CD-ROM), p.904 - 906, 2005/00

国際核融合材料照射施設は、D-Liストリッピング反応を用いた加速器による中性子照射施設である。要求されるビーム電流250mAは、125mAの2つの加速器ビームラインにより合成され、その入射器,RFQ,DTLの出力エネルギーは、それぞれ0.1,5と40MeVである。125mAの大電流を加速のために175MHzの運転周波数が採用された。大電流ビームシミュレーションの結果、全長12mのRFQがRF入射電力2.3MW CWよりエミッタンスの広がりを最小限に抑えるために設計された。このようなRFQに対して、ループアンテナを採用したRF入力結合系,同軸高周波窓,3$$times$$4ポートによる立体回路の設計をMW-Studioコードで行った。1つのループアンテナあたり200kW-CWの耐電圧を得るために、4 1/16"の同軸導波管を採用し、4ループアンテナ入射方式により、加速空洞内の電界分布の歪みを1%以内にできることが判明した。

論文

Study of ohmic loss of high power polarizers at 170 GHz for ITER

柏 吉忠*; 三枝 幹雄*; 高橋 幸司; 大石 晋平*; 星 勇希*; 春日井 敦; 坂本 慶司; 今井 剛

Proceedings of 2004 International Symposium on Microwave Science and Its Application to Related Fields (Microwave 2004), p.527 - 530, 2004/07

ITER等の核融合炉において、電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)システムは、特に新古典テアリングモード不安定性の安定化に必要不可欠である。その中で、高効率ECCDを得るために、最適な偏波を生成する偏波器は重要な要素機器の一つである。大電力RF伝送時の偏波器のジュール損失評価を目的として、170GHz大電力RF伝送実験を行った。その結果、深溝型偏波器の背面温度は最高で65度、従来型の偏波面回転用偏波器の背面温度は最高で30度の上昇を観測した。偏波器でのジュール損失は入射偏波面回転角及び回折格子回転角に依存することが計算から推定されているが、その計算結果と今回の実験結果は定性的に一致することが判明した。また、偏波器への入射RFの偏波角度を最適化することで、温度上昇(ジュール損失)を低減させることが可能であることも明らかにした。

論文

Progress in physics and technology developments for the modification of JT-60

玉井 広史; 松川 誠; 栗田 源一; 林 伸彦; 浦田 一宏*; 三浦 友史; 木津 要; 土屋 勝彦; 森岡 篤彦; 工藤 祐介; et al.

Plasma Science and Technology, 6(1), p.2141 - 2150, 2004/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:92.22(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60定常高ベータ化計画(JT-60改修計画)の最重要課題は高ベータ,臨界クラスのパラメータを持つ高性能プラズマの100秒程度以上の維持を実証することである。このため、高ベータプラズマを達成するためのプラズマパラメータや運転シナリオ,制御手法の検討を行うとともに、超伝導磁場コイルの要素技術の開発を始め、放射線遮蔽や真空容器等の設計検討及び試験開発を行い、その成立性を確認した。本発表は、以上の物理・工学設計と試験開発の進捗状況を詳述する。

論文

Objectives and design of the JT-60 superconducting tokamak

石田 真一; 阿部 勝憲*; 安藤 晃*; Chujo, T.*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 後藤 誠一*; 花田 和明*; 畑山 明聖*; 日野 友明*; et al.

Nuclear Fusion, 43(7), p.606 - 613, 2003/07

原型炉の経済性と環境適合性のさらなる向上を図るため、大学等との連携協力によりJT-60を超伝導トカマクへ改修する計画を推進している。目的は、原型炉と同様に強磁性体である低放射化フェライト鋼をプラズマの近くに設置して、高ベータで自発電流割合が高く、高度なダイバータ熱粒子制御を持ち、ディスラプション頻度の少ない定常運転を実現することである。JT-60の既存設備を最大限活用し、新たに導入する超伝導トロイダル及びポロイダル磁場コイルを用いて、主半径2.8m,プラズマ電流4MA,トロイダル磁場3.8Tの高非円形かつ高三角度配位のシングルヌル・プラズマの100秒運転を行う。原型炉の設計例から設定された高い達成目標の実現を目指し、高ベータプラズマ制御,高性能・高自発電流プラズマ制御,ダイバータ熱粒子制御、及びフェライト鋼のプラズマ適合性の実証という重要課題に取り組むことができるよう設計を行った。

論文

Objectives and design of the JT-60 superconducting tokamak

石田 真一; 阿部 勝憲*; 安藤 晃*; Cho, T.*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 後藤 誠一*; 花田 和明*; 畑山 明聖*; 日野 友明*; et al.

Nuclear Fusion, 43(7), p.606 - 613, 2003/07

 被引用回数:33 パーセンタイル:25.45(Physics, Fluids & Plasmas)

原型炉の実現に向けて経済性と環境適合性の向上を図るため、大学等との連携協力によりJT-60を超伝導トカマクへ改修する計画を推進している。目的は、原型炉で想定されているように、強磁性体である低放射化フェライト鋼をプラズマの近くに設置して、高ベータで自発電流割合が高く、高度なダイバータ熱粒子制御をもち、ディスラプション頻度の少ない定常運転を実現することである。新たに導入する超伝導トロイダル及びポロイダル磁場コイルを用いて、主半径2.8m,プラズマ電流4MA,トロイダル磁場3.8Tの高非円形かつ高三角度配位のシングルヌル・プラズマの100秒運転を行う。既存のJT-60設備を最大限に生かし、原型炉の設計例から設定された高い達成目標の実現に向けて、高ベータプラズマ制御,高性能・高自発電流プラズマ制御,ダイバータ熱粒子制御、及びフェライト鋼のプラズマ適合性の実証という克服すべき課題に取り組むための設計を行った。

論文

Low power test of RFQ mock-up modules at 175MHz for IFMIF project

前原 直; 森下 卓俊; 杉本 昌義; 今井 剛; 竹内 浩; 佐澤 慎吾*; 三枝 幹雄*

Proceedings of 2003 Particle Accelerator Conference (PAC 2003) (CD-ROM), p.2829 - 2831, 2003/00

IFMIF用RFQの開発の一環として設計に必須の技術的知見を得るために、175MHzのIFMIFの周波数においてモックアップ試験を実施し、計算と比較した。設計上、測定と計算が良く一致する解析上のメッシュサイズを決めることが重要である。MFIAコードを用いて175MHzのRFQのモックアップ設計を行い、また、それに基づき2つの端部とRFQ部からなる175MHzのRFQモックアップを製作した。1.1mと2.1mの2つの長さのRFQについて共振周波数を測定し、メッシュサイズを軸長さの1/350にすることにより、1MHz以内の精度で計算と実測値が一致することが確認された。

論文

Study of Joule loss of grooved mirror polarizers

三枝 幹雄*; 高橋 幸司; 大石 晋平*; 柏 吉忠*; 星 勇希*; 小林 憂樹*; 春日井 敦; 坂本 慶司; 今井 剛

Proceedings of IAEA TM on ECRH Physics and Technology for ITER (CD-ROM), 7 Pages, 2003/00

最適な電子サイクロトロン電流駆動(ECCD)を行うためには、プラズマの磁力線に対して斜めにかつ楕円偏波でEC波を入射する必要がある。新たに開発した必要な偏波を作り出すことのできる深溝型偏波器の大電力試験を行い、伝送損失を実験的に評価した。その結果、伝送損失が偏波器の回転角度に対して依存性を持つことがわかり、また、最大で0.8%の損失が生じることが明らかになった。さらに、偏波器の最適設計を行うために開発した計算コードにより評価した損失の回転角度依存性は、実験結果と定性的によく一致した。

論文

Issues to be verified by IFMIF prototype accelerator for engineering validation

杉本 昌義; 今井 剛; 奥村 義和; 中山 光一*; 鈴木 昌平*; 三枝 幹雄*

Journal of Nuclear Materials, 307-311(Part2), p.1691 - 1695, 2002/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:81

国際核融合材料照射施設(IFMIF)は核融合炉用材料開発のための加速器ベースの強力中性子源である。施設には2台の加速器があり、それぞれ最大40MeV/125mAの重陽子ビームを発生する。過去に350MHzにおける7MeV/100mAの陽子加速に成功した例はあるものの、IFMIF仕様の175MHz重陽子加速を実証することが重要であり、次期フェーズの技術実証期間において基本性能を実証する予定である。特に重要な設計パラメータである加速器間のビーム受け渡しエネルギーや高周波源特性等はプロトタイプ用に最適化する必要がある。このようなプロトタイプ設計に必要な基本要素技術(イオン源,FQへのビーム整合,高周波システム要素等)について現在、実施中の試験について目標と現状を述べるとともに、日本から提案中のプロトタイプの概念構成を示す。

論文

Energetic particle experiments in JT-60U and their implications for a fusion reactor

飛田 健次; 草間 義紀; 篠原 孝司; 西谷 健夫; 木村 晴行; Kramer, G. J.*; 根本 正博*; 近藤 貴; 及川 聡洋; 森岡 篤彦; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.315 - 326, 2002/09

 被引用回数:8 パーセンタイル:47.56(Nuclear Science & Technology)

リップル損失とアルフヴェン固有モード(AEモード)を中心にJT-60Uにおける高エネルギー粒子実験の成果をまとめ、これらに基づいて核融合炉への展望を考察した。プラズマ表面でのリップル率が増加するにつれ、中性粒子入射(NBI)イオン,及び核融合生成トリトンの著しい損失を観測し、その損失は負磁気シアで顕著になることを明らかにした。リップル損失による第一壁への熱負荷は軌道追跡モンテカルロコードの予測と良く一致することを示した。イオンサイクロトロン(ICRF)少数イオン加熱及び負イオン源NBI(N-NBI)加熱時に多くのAEモードを観測した。観測した大部分のモードはギャップモードであり、これらからTAE,EAE,NAEモードを同定した。N-NBI加熱時にはバースト状のAEモードが発生することがあることを見出した。このとき不安定周波数の掃引現象が観測され、ビームイオン損失は25%に達することもある。リップル損失や高エネルギー粒子の加熱に関するこれらの研究では、高エネルギー粒子の振る舞いが古典理論または新古典理論で説明できることを明らかにし、核融合炉における高エネルギー粒子の特性を既存理論で定量的に予測できることを示した。AEモードに関しては、実験により核融合炉で起こりうるAEモードの定性的評価を可能にした。

論文

Research and development on the Ion Cyclotron Range of Frequency heating system in JT-60U

森山 伸一; 藤井 常幸; 木村 晴行; 安納 勝人; 横倉 賢治; 篠崎 信一; 寺門 正之; 平内 慎一; 三枝 幹雄*

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.467 - 481, 2002/09

 被引用回数:5 パーセンタイル:61.56(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uにおけるイオンサイクロトロン周波数帯(ICRF)加熱装置の開発について述べる。1992年に運転を始めた同装置は開発,改良によって116MHz,7MWの高周波を1.1秒間プラズマに入射して加熱することに成功したが、その開発成果と運転経験はITERのICRF加熱装置開発に大きく貢献するものである。高周波の発振源である4極真空管には等方性黒鉛を用いた電極を採用して高い熱負荷に耐えるようにした結果、131MHzの高周波を単管あたり1.7MW,5.4秒間出力できた。ファラデーシールドの開口面積率を高くするなどプラズマとの結合効率が高くなるよう工夫したアンテナを開発し、大電力の入射を実現した。また、核融合炉の中性子照射にも耐えるように、従来用いていたセラミック絶縁物を不要にした全金属アンテナの開発を行い、高周波特性,機械強度ともにJT-60U及び次期装置での使用に耐えることを確認した。周波数を変えると伝送線路の電気長が変化することに着目し、プラズマの変化に伴って増加する反射電力を周波数の変化によって抑制する周波数フィードバック制御を開発した。

論文

A New diagnostic method for electromagnetic field patterns of fast waves during FWCD experiments in JFT-2M

三枝 幹雄*; 金澤 貞善*; 小川 俊英; 川島 寿人; 菊池 一夫; 井戸 毅*; 福山 淳*

Nuclear Fusion, 42(4), p.412 - 417, 2002/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:96.33(Physics, Fluids & Plasmas)

トロイダルプラズマ中での速波電磁界分布の新しい診断法を開発した。JFT-2Mの速波電流駆動(FWCD)実験において、2つの近接した周波数を持つ速波を入射し、そのビート波周波数のポテンシャル揺動分布を重イオンビームプローブ(HIBP)計測によって検出できた。ポテンシャル揺動の強度は電子温度の減少とともに増大した。これは、電子ランダウ減衰による波の吸収が電子温度に依存することを示す。測定したポテンシャル揺動は理論計算による予測とおおむね一致することを確認した。

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