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論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,53

河野 康則; 秋山 毅志*; 石川 正男; 磯部 光孝*; 伊丹 潔; 江尻 晶*; Peterson, B.*

プラズマ・核融合学会誌, 92(2), P. 145, 2016/02

ITPA(国際トカマク物理活動)計測トピカルグループは、ITERの計測・制御に関する最重要課題及び今後実施すべき研究開発について議論・検討を行うグループであり、その第29回会合が、平成27年11月2日-6日の日程でITER機構(フランス)において開催された。主な報告・議論の内容を以下に記す。(1)最重要課題への取り組み状況:「壁反射光の影響評価」については、可視・近赤外域の光学計測への影響評価及び緩和手法について集中的に討議を行い、解決に向けた見通しを得るとともに、今後共同実験にて評価モデルの検証を進める方針とした。「プラズマ対向第一ミラーの寿命評価」については、RF放電を用いたクリーニング技術について、不純物堆積とクリーニングを繰り返した場合でも単結晶金属ミラーでは問題が無いとの実験結果が報告された。(2)ITPA共同実験の実施状況:「プラズマ対向第一ミラーの環境試験」、「損失アルファ粒子計測のための放射化プローブの環境試験」、「X線結晶イメージング分光計測と荷電交換再結合分光計測との比較実験」及び「新方式の動的シュタルク分光計測の検証実験」等について、それぞれ進展が報告されるとともに2016年の計画について検討が行われた。次回会合は、平成28年6月に、ノボシビルスク(ロシア)にて開催することとなった。

論文

Development of laser beam injection system for the Edge Thomson Scattering (ETS) in ITER

谷塚 英一; 波多江 仰紀; 水藤 哲*; 小原 美由紀*; 萩田 浩二*; 井上 和典*; Bassan, M.*; Walsh, M.*; 伊丹 潔

Journal of Instrumentation (Internet), 11(1), p.C01006_1 - C01006_12, 2016/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.49(Instruments & Instrumentation)

In the ITER Edge Thomson Scattering, the penetration in the port plug allows the laser beams to be injected into the plasma. The penetration has to be as small as possible to reduce neutron streaming from the plasma-side. In ITER, multiple laser systems are needed for high availability of Thomson scattering diagnostics. A new type of beam combiner was developed to obtain collinear, i.e. smallest footprint because of the common path, and fixed polarization from multiple laser beams using a rotating half-wave-plate. The rotating half-wave-plate method does not induce misalignment even if the rotating mechanism defects. The combined beam is injected into plasma and is absorbed at the beam dump. The beam alignment system was designed to hit the laser beam onto the center of the beam dump. The beam position at the beam dump head is monitored by multiple alignment laser beams which are collinear with the diagnostic YAG laser beam and an imaging system installed outside the diagnostic port.

論文

Development of real-time rotating waveplate Stokes polarimeter using multi-order retardation for ITER poloidal polarimeter

今澤 良太; 河野 康則; 小野 武博; 伊丹 潔

Review of Scientific Instruments, 87(1), p.013503_1 - 013503_7, 2016/01

AA2015-0219.pdf:1.34MB

 被引用回数:2 パーセンタイル:85.87(Instruments & Instrumentation)

ITERポロイダル偏光計のために回転波長板Stokes偏光計を開発した。本手法のための一般化された解析モデル及びFPGA(プログラマブルロジックデバイスの一種)に適した実時間解析アルゴリズムを提案する。一般化された解析モデルは、波長板の回転に同期した任意の現象を考慮できるため、波長板の位相遅延が一様で無くても高精度な測定が可能となる。可視光線を用い、波長板の品質が悪い条件で実験した結果、最大測定誤差及び確度はそれぞれ3.5%及び1.2%であった。このときの波長板の回転速度は20,000rpmであり、Stokesパラメタ-測定の時間分解能は3.3msである。また、解析にあたっては提案した解析アルゴリズムを使用した。次に、ソフトウェアエミュレーションによって、提案した解析アルゴリズムが実時間(時間分解の10ms)で測定可能であることを確認した。以上により、ITERポロイダル偏光計で目標としている、遠赤外光レーザーを用いた実時間高精度回転波長板Stokes偏光計の開発に見通しを得た。

論文

Enhancement of resistance against high energy laser pulse injection with chevron beam dump

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

Fusion Engineering and Design, 100, p.461 - 467, 2015/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:53.75(Nuclear Science & Technology)

This paper reports our recent developments on the laser beam dump for the Edge Thomson Scattering System in ITER. The laser-induced damage on the beam dump surface is one of the most severe issues of the beam dump development to be overcome. In order to resolve the damage issue, a new type of beam dump called the chevron beam dump was proposed recently. This paper aims to verify the key concept of the chevron beam dump design. The laser irradiation tests onto flat-mirror-molybdenum sample were carried out. It was clarified that the absorbed energy density of the laser pulses should be the correct figure of the laser-induced damage. Therefore, the concept of the chevron beam dump, that minimizes the absorbed laser energy density per unit area, was validated experimentally. It was concluded that the chevron beam dump enables us to extend its lifetime drastically relative to conventional beam dumps.

論文

Development of instrumentation and control systems for the ITER diagnostic systems in JADA

山本 剛史; 橋本 慰登*; 北澤 真一; 谷塚 英一; 波多江 仰紀; 杉江 達夫; 小川 宏明; 竹内 正樹; 河野 康則; 伊丹 潔

Fusion Engineering and Design, 96-97, p.1012 - 1016, 2015/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:43.49(Nuclear Science & Technology)

日本国内機関では、ITER計画において6種類のプラズマ計測装置の調達を担当している。原子力機構では、ITER標準ソフトウェアを用いて、統括制御機能、シーケンス制御管理機能及びデータ収集機能を含むITER計測装置用計装制御システムを開発した。統括制御機能は、センサーの健全性検査、計測条件の設定及び計測条件間の一貫性検査といった計測のための内部処理を管理する。我々は、Python言語を用いてフローチャートからEPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)のコードを生成するツール及びシーケンス制御管理機能を開発した。EPICSは、運転手順のトリガー及び進行を示すために使用される。シーケンス制御管理機能は、EPICSを用いてプラント状態の変化を監視することにより、運転手順の進行を管理する。EPICSと運転手順の関連付けは、上記ツールにより自動的に行われる。我々は、熱電対計測システムに関して、上記の計装制御システムの性能を検証した。また、さらに複雑な計測装置向けに本設計を適用していく予定である。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,50

河野 康則; 秋山 毅志*; 石川 正男; 磯部 光孝*; 伊丹 潔; 江尻 晶*; Peterson, B.*

プラズマ・核融合学会誌, 91(8), P. 565, 2015/08

ITPA(国際トカマク物理活動)計測トピカルグループは、ITERの計測・制御に関する最重要課題及び今後実施すべき研究開発について議論・検討を行うグループであり、その第28回会合が、平成27年5月19日-22日の日程で核融合科学研究所(土岐市)において開催された。主な報告・議論の内容を以下に記す。(1)最重要課題への取り組み状況:「プラズマ対向第一ミラーの寿命評価」については、RF放電を用いたクリーニング技術について、ITERでは60 MHzのRF放電を採用予定であり(従来は13.8MHz)、今後の開発の必要性が認識された。「損失アルファ粒子計測の検討」については、ITER機構での取り組み状況が報告され、従来の可視/赤外イメージ計測に加え、可動プローブ計測を検討していることが報告された。(2)日本における計測開発の進展: ITER, JT-60SA, LHD, GAMMA10/PDX等における計測開発の現状について広範な報告及び活発な議論が行われ、それぞれ着実に進展していることが認識された。次回会合は、平成27年11月に、ITER機構にて開催することとなった。

論文

Meshless method for solving fixed boundary problem of plasma equilibrium

今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔

Journal of Computational Physics, 292, p.208 - 214, 2015/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:52.35(Computer Science, Interdisciplinary Applications)

本研究はプラズマ境界が固定された場合のプラズマ平衡を解く新しい手法を提案する。プラズマ境界が固定された場合のプラズマ平衡は固定境界問題と呼ばれ、同問題は有限要素法を用いて解くことが一般的である。しかしながら、有限要素法には微分量(磁場)のメッシュ間の不連続、メッシュ生成やメッシュと格子のマッピングなどの高精度化及び高速化に課題がある。本研究では、境界要素法を発展させたRBF-MFS法と放射基底関数で解を近似するKansa法に着目した。両方法はメッシュを使用しないためメッシュレス法と呼ばれ、上記の有限要素法の課題が回避可能である。本研究では、メッシュレス法を固定境界問題に適用する方法を考案し、有限要素法よりも高精度かつ高速にプラズマの平衡解を得られることを初めて示した。

論文

Deuterium retention in tungsten coating layers irradiated with deuterium and carbon ions

福本 正勝; 仲野 友英; 上田 良夫*; 伊丹 潔; 久保 博孝

Journal of Nuclear Materials, 462, p.354 - 359, 2015/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.76(Materials Science, Multidisciplinary)

Deuterium retention in a tungsten coating layer by deuterium and carbon mixed ion beam irradiation has been investigated by changing the carbon ion fraction and the surface temperature. Graphite is formed, while tungsten carbide (WC) and ditungsten carbide (W$$_2$$C) are not formed in the tungsten coating layer. At a surface temperature of 500 K, deuterium is retained in the trapping sites with a single trapping energy, which is expected to be grain boundaries and/or pore surfaces, and carbon retained in the tungsten coating layer. At a surface temperature of 700 K, most of the deuterium is not trapped by intrinsic defects such as grain boundaries and pore surfaces, but trapped by carbon retained in the tungsten coating layer. Analysis of deuterium desorption spectra suggests that deuterium is retained in the form of C-D bond in the tungsten coating layer.

論文

Preparation for lower port integration engineering for ITER diagnostic systems in JADA

北澤 真一; 丸山 敏征; 小川 宏明; 伊丹 潔; Casal, N.*

Plasma and Fusion Research (Internet), 10(Sp.2), p.3402044_1 - 3402044_4, 2015/04

In ITER, there are 18 ports in the upper, equatorial, and lower levels, which serve various purposes such as vacuum, heating, remote handling, and diagnostics. Several diagnostics will be integrated in Lower Port #2 (LP#02): divertor equilibrium sensors, divertor shunts, divertor Rogowski coils, divertor toroidal coils, divertor neutron flux monitors, divertor impurity monitor (DIM), pressure gauges, Langmuir probes, and divertor thermocouples. The engineering aspects of integrating the components in LP#02 are within the scope of Japan Domestic Agency (JADA) procurement. The components in the LP#02 procurement package are the port plug assembly, interspace assembly, port cell assembly and tooling. This integration requires the assemblies to be manufactured as fully integrated components and external interfaces. In the current phase, JADA identified technical issues, and implemented thermal and structural analysis on within the specified design conditions.

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,48

河野 康則; 秋山 毅志*; 石川 正男; 磯部 光孝*; 伊丹 潔; 江尻 晶*; Peterson, B. J.*

プラズマ・核融合学会誌, 91(1), P. 76, 2015/01

ITPA(国際トカマク物理活動)計測トピカルグループは、ITERの計測・制御に関する最重要課題及び今後実施すべき研究開発について議論・検討を行うグループであり、その第27回会合が、平成26年11月3日-7日の日程でフランスのITER機構において開催された。主な報告・議論の内容を以下に記す。(1)最重要課題への取り組み状況: 「プラズマ対向第一ミラーの寿命評価」については、磁場環境下(3.5T)においても、RF放電(13.56MHz)を用いたミラークリーニングが有効であることが報告された。「壁反射光の光学計測への影響評価」については、JETでの高分解能分光計測実験において、測定対象であるスクレイプオフ層でのバルマーアルファ線発光成分と背景光である壁反射光成分との分離に成功したことが報告された。(2)日本における計測開発の進展: 原子力機構におけるITERマイクロフィッションチェンバー、ITER赤外サーモグラフィー、ITER計測装置用計装制御システム及びJT-60SA炭酸ガスレーザー偏光計の開発の進展について、また、核融合科学研究所におけるYAGレーザーディスパーション干渉計の開発の進展についてそれぞれ報告があった。次回会合は、平成27年5月に、日本(核融合科学研究所)にて開催することとなった。

論文

Design study of a wide-angle infrared thermography and visible observation diagnostic on JT-60SA

神谷 健作; 伊丹 潔; 竹内 正樹; 江野口 章人*

Fusion Engineering and Design, 89(12), p.3089 - 3094, 2014/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:85.45(Nuclear Science & Technology)

JT-60SAにおける第一壁およびダイバータを監視するための赤外および可視光同時測定可能型超広角視野エンドスコープの開発について報告する。トーラス内部の広範囲を観測するために光学系の視野角は約80度で数cm程度の空間分解能が得られる設計とした。先端部光学系にピンホール、球面および平面ミラーを組み合わせることでブラインドスポットの無い光学設計解が得られ、集光された像は平行光束としてクライオスタット外へ約4m伝送する。赤外光はカセグレン光学系で集光し赤外カメラで検出し、またミラーで一部分岐された可視光はリレー光学系で伝送し可視カメラで検出する。光学設計ソフトを用いた光線追跡の結果、ピンホールから約7.6mの位置における空間分解能は、赤外および可視光学系ともに1-2cm程度であることを確認した。本光学系における主要収差の原因についても議論する。

論文

核燃焼プラズマにおけるレーザー偏光法を用いた電流密度、電子密度および電子温度の分布計測

今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔

プラズマ・核融合学会誌, 90(11), p.743 - 747, 2014/11

核燃焼プラズマのパラメータでは、従来のレーザー偏光法では考慮されていないファラデー効果とコットン・ムートン効果のカップリング及び相対論効果を考慮する必要がある。ITERの条件において、カップリング及び相対論効果がある場合でも、レーザー偏光法を用いて電流分布が誤差10%以内に再構築可能であることを示した。また、相対論効果がファラデー効果を弱める一方、コットン・ムートン効果を強めるという特性に着目し、レーザー偏光計測装置のデータ(偏光方位角と偏光楕円率角)から電流密度、電子密度及び電子温度の分布を再構築する手法を考案した。この手法は、少数の計測器で当該プラズマパラメータを得られることを示しており、DEMO炉をはじめ将来の核融合発電炉への適用が有望であると考えられる。

論文

Signal evaluations using singular value decomposition for Thomson scattering diagnostics

東條 寛; 山田 一博*; 安原 亮*; 谷塚 英一; 舟場 久芳*; 波多江 仰紀; 林 浩*; 伊丹 潔

Review of Scientific Instruments, 85(11), p.11D865_1 - 11D865_3, 2014/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:90.16(Instruments & Instrumentation)

In incoherent Thomson scattering diagnostics, stray light of the incident laser, which is frequently generated at the vacuum windows, also causes wrong evaluations of the signal intensities. Because the laser goes through the vacuum windows many times in a double-pass (or multi-pass) scattering system, complicate temporal structures can be seen in the output signals. In this paper, Singular Value Decomposition (SVD) is applied to the output signals in a Thomson scattering diagnostic on Large Helical Device (LHD). The analyzed data were all measured signals for each one spectral channel over one plasma shot. Some noises were filtered and Te was evaluated within good accuracies especially in the second pass (forward scattering). We compared the errors in Te (0.8 - 1.3 keV) from the noise-filtered and from non-filtered data. Use of the filtered data enables suppressing the error in Te measured from the second pass by a factor of $$sim$$ 0.5 at the most.

論文

Multi-parameter measurement using finite electron temperature effect on laser polarimetry for burning plasma reactor

今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔

Proceedings of 25th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2014) (CD-ROM), 6 Pages, 2014/10

レーザー偏光法を用いて核燃焼プラズマの電流密度、電子密度、電子温度を同時に再構築することが可能であること及び総プラズマ電流を測定可能であることを明らかにした。また、ITERのレーザー偏光計測装置で想定されている計測精度に基づき、計測誤差が平衡再構築で得られる分布量の誤差に与える影響を評価した。計測視線数が15でレーザーの波長が1種類(119$$mu$$m)の場合、再構築後の誤差は電流密度、電子密度、電子温度についてそれぞれ12%, 8.4%, 31%であった。誤差を低減する方法として、視線数を増やすことや波長の種類を増やすことが考えられる。波長の種類を増やす場合は、ファラデー効果とコットンムートン効果のカップリングの大きさが異なる波長を適切に選択することが重要である。例えば、15視線$$cdot$$3波長(57, 119, 171$$mu$$m)を用いると、誤差は3.8%, 3.9%, 22%に低減できることを明らかにした。上記の手法をプラズマ制御に適用する場合の課題が再構築に要する計算時間である。本研究では、メッシュレス法に着目し、グラッドシャフラノフ方程式を高速に解く手法を開発した。同一精度の解を得る場合、本手法は有限要素法よりも10$$sim$$100倍程度高速であった。これらは、定常運転を想定した将来の核融合炉への適用が有望な手法である。

論文

Magnification of a polarization angle with a Littrow layout brazed grating

笹尾 一; 荒川 弘之*; 久保 博孝; 河野 康則; 伊丹 潔

Review of Scientific Instruments, 85(8), p.086106_1 - 086106_3, 2014/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:81.48(Instruments & Instrumentation)

A new method to magnify a small polarization angle with brazed gratings has been developed. In the method, difference in diffraction efficiency for S and P polarization components is used. The magnification dependence on the incident angle can be small by arranging the grating in Littrow layout. A magnification with a factor $$sim$$2.7 has been demonstrated for a 10.6 $$mu$$m CO$$_{2}$$ laser beam as expected from a calculation. The method is applicable in many polarimetry fields.

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,46

河野 康則; 秋山 毅志*; 石川 正男; 磯部 光孝*; 伊丹 潔; 江尻 晶*; Peterson, B.*

プラズマ・核融合学会誌, 90(7), P. 431, 2014/07

ITPA(国際トカマク物理活動)計測トピカルグループは、ITERの計測・制御に関する最重要課題及び今後実施すべき研究開発について議論・検討を行うグループであり、その第26回会合が、平成26年5月19日-22日の日程で韓国の浦項工科大学校において開催された(出席:36名、内訳/日本:5名、韓国:17名、米国:1名、EU:5名、中国:3名、ロシア:4名、ITER機構:1名、インド:不参加)。主な報告・議論の内容を以下に記す。(1)最重要課題への取り組み状況:「プラズマ対向第一ミラーの寿命評価」については、RF放電(13.56 MHz)を用いたミラークリーニング技術の磁場環境下(3.5 T)での実証試験計画(スイス)について、真空チャンバーが完成し、初期実験が順調に開始されたことが報告された。「壁反射光の光学計測への影響評価」については、光線追跡法を適用することで、測定信号から壁反射光成分とプラズマ発光成分を分離可能なことが示され、今後の進展に期待が寄せられた。(2)各極における計測開発の進展:日本からは、日本が調達するITER計測装置の開発の進展、イメージングボロメータのITERへの適用性検討状況、JT-60SA及び大型ヘリカル装置における計測装置の開発状況について報告された。韓国からは、同国が調達するITER計測装置の開発状況をはじめ、ECEイメージング計測のKSTARにおける最新成果及びITERへの適用性検討結果等が報告された。

論文

Progress of preparation for ITER divertor thermocouple in JADA

北澤 真一; 山本 剛史; 河野 康則; 伊丹 潔

Plasma and Fusion Research (Internet), 9(Sp.2), p.3405049_1 - 3405049_4, 2014/05

ITERプロジェクトで、日本の国内機関は、外側垂直ターゲット用のダイバータ熱電対システムの調達を予定している。ダイバータ熱電対は、プラズマ対向面であるダイバータの表面温度を直接的に計測するための機器であり、日本が調達するダイバータ外側垂直ターゲットへの装着を予定している。熱電対自体は、温度計測に汎用に用いられる機器であるが、超高真空、高放射線場のITER環境下で、高い信頼性で計測を行わなければならないために、その装着方法や取り扱いには高度な技術開発が必要となる。また、日本の調達の中には、ITER標準のダイバータ熱電対制御システムが含まれており、その開発も行わなければならない。この発表では、我々が、これまでに準備してきたITER調達のためのダイバータ熱電対の研究開発の現状報告を行う。

論文

ITPA(国際トカマク物理活動)会合報告,43

河野 康則; 伊丹 潔; 川端 一男*; 草間 義紀; 笹尾 眞實子*; Peterson, B.*; 間瀬 淳*

プラズマ・核融合学会誌, 90(2), P. 164, 2014/02

ITPA(国際トカマク物理活動)計測トピカルグループは、ITERの計測・制御に関する最重要課題及び今後実施すべき研究開発について議論・検討を行うグループであり、その第25回会合が、平成25年10月15日-18日の日程で仏国サン・ポール・レ・デュランスのITER機構において開催された(出席:約80名、内訳/日本:5名、米国: 4名、韓国: 2名、EU: 23名、中国: 3名、ロシア: 8名、インド: 6名、ITER機構:約25名)。会合では、最重要課題である「損失アルファ粒子計測手法の開発」、「プラズマ対向第一ミラーの寿命評価」、「壁反射光の光学計測への影響」及び「プラズマ制御システムに関する計測要求の検討」に対する取り組み状況を中心に議論を行った。会合の初日には、ITER機構のプログレス会合が開催され、同機構におけるITER計測装置の設計検討の状況について報告・議論が行われた。

論文

Linearity-independent method for a safety factor profile

今澤 良太; 河野 康則; 伊丹 潔; 草間 義紀

Nuclear Fusion, 54(1), p.013012_1 - 013012_8, 2014/01

 パーセンタイル:100(Physics, Fluids & Plasmas)

本研究は、磁場閉じ込めプラズマの安定性に関連する指標である安全係数を高精度に算出する手法を提案する。安全係数は磁気面上での周回積分で定義されるが、この周回積分を計算する際の課題が二つあった。一つ目は計算格子点上のポロイダル磁束の情報(離散的な情報)から積分路となる等高値線(滑らかな曲線)を求めることであり、二つ目は特異点(被積分関数が無限大に、積分路が点に漸近)となる磁気軸での計算である。一つ目の課題を解決する方法として、磁場の情報を拘束条件とした補間方法を考案した。二つ目の課題を解決する方法として、磁気軸以外の安全係数の値から外挿する手法を考案した。安全係数の定義から、磁気軸において$$mathrm{d}q/mathrm{d}rho=0$$($$q$$は安全係数、$$rho$$はプラズマ小半径)となることに利用した外挿を行う。以上の二つの解決方法を組み合わせることにより、高精度な安全係数分布の算出が可能となる。従来の手法と異なり、微小領域でのポロイダル磁束の線形性を仮定していないため、磁気軸付近であっても精度が低下しないという特徴を有している。

論文

Progresses in development of the ITER edge Thomson scattering system

谷塚 英一; Bassan, M.*; 波多江 仰紀; 石川 正男; 嶋田 恭彦; Vayakis, G.*; Walsh, M.*; Scannell, R.*; Huxford, R.*; Bilkova, P.*; et al.

Journal of Instrumentation (Internet), 8(12), p.C12001_1 - C12001_10, 2013/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:60.81(Instruments & Instrumentation)

In ITER, the edge Thomson scattering system (ETS) is one of the primary diagnostic systems for measuring electron temperature and electron density profiles of edge plasma. In order to provide a high throughput of scattered light against a low throughput of neutron and $$gamma$$ ray from plasma, collection optics with a labyrinthine optical path in the port plug was designed. A combination of in-situ calibration (using two lasers with different wavelengths) and periodic calibration (using a super-continuum light source illuminating shutter rear-plate covered with a diffusive material) would provide accurate measurements in ITER against the degradation of spectral transmissivity due to the harsh radiation environment and sputtering/contamination of the first mirror. Specifications of subsystems were determined from assessments of measurement error. It was confirmed that the ETS will work in ITER with the specifications achieved by present technologies.

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