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論文

Development of polarization interferometer for Thomson scattering diagnostics in JT-60U

波多江 仰紀; Howard, J.*; 海老塚 昇*; 平野 洋一*; 小口 治久*; 北村 繁; 佐久間 猛; 濱野 隆

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.8, p.680 - 684, 2009/09

フーリエ変換分光の手法をトムソン散乱計測に初めて導入し、電子温度・密度測定の測定性能を向上させる手法を確立することを目指して、トムソン散乱のための偏光干渉計を開発中である。逆磁場ピンチ装置TPE-RXにおいて、既存のYAGレーザートムソン散乱システムを利用し、本計測手法の原理実証試験を行った。既存の干渉フィルターポリクロメーターと偏光干渉計を交互に用い、空間1点(プラズマ中心近傍)の電子温度の測定を行った結果、双方でほぼ同様の電子温度を得て、本方式による有効性を実証した。次のステップとして、本方式の実用性を実証するために、JT-60Uのための多チャンネル偏光干渉計を開発中である。ルビーレーザーによるトムソン散乱光をウォラストンプリズムへ入射し、結晶内の光路長を空間的に変化させることにより、インターフェログラムをICCD検出器で測定する。各種光源を用いた較正試験では、光源の波長に応じたインターフェログラムが取得でき、FFT処理を行うことによりスペクトルの再構成を行うことができた。

論文

Applications of stimulated brillouin scattering phase conjugate mirror to Thomson scattering diagnostics in JT-60U and ITER

波多江 仰紀; 内藤 磨; 北村 繁; 佐久間 猛*; 濱野 隆*; 中塚 正大*; 吉田 英次*

Journal of the Korean Physical Society, 49, p.S160 - S164, 2006/12

誘導ブリルアン散乱位相共役鏡を応用し、トムソン散乱計測の測定性能改善を図った。液体フロン化合物を用いた位相共役鏡はレーザー平均出力145W(50Hz)の入力で95%以上の反射率を示した。トムソン散乱への直接的な応用としては、位相共役鏡によりレーザービームを往復させ、迷光を著しく増加させることなく散乱光を倍増させる手法(ダブルパス散乱)を開発した。初期実験ではJT-60に位相共役鏡を取り付けダブルパス散乱させた結果、散乱光を1.6倍に増加させることができた。ダブルパス散乱を発展させ、一対の位相共役鏡間にレーザー光を閉じ込め、数倍以上の散乱光を発生することができるマルチパス散乱も考案した。また、散乱光のS/N改善のため、位相共役鏡を既存のレーザー装置に組み込み、レーザー装置の高出力化を行った。位相共役鏡は高出力増幅器で誘起される波面歪みが効果的に補正し、レーザー出力が当初の8倍を超える368W(7.4J$$times$$50Hz)に到達した。この結果からITERの周辺トムソン散乱用レーザーで必要とされる5J, 100Hzの出力を得る見通しがついた。これらを踏まえ位相共役鏡を搭載した、最適化されたITER用レーザーシステム、さらに高空間分解型LIDARトムソン散乱用レーザーシステムの設計・検討を行った。

論文

Development of minor actinide containing fuel/target for the use in a future integrated system of fast reactor and accelerator driven system

逢坂 正彦; 芹澤 弘幸*; 加藤 正人; 井上 賢紀; 中島 邦久*; 舘 義昭; 北村 了一; 大木 繁夫; 三輪 周平; 岩井 孝*; et al.

Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/10

将来の高速炉および加速器駆動システムが組み合わされたサイクルにおけるマイナーアクチニド含有燃料/ターゲット、(Pu,Am)O$$_{2}$$-MgO, (Pu,Np)O$$_{2}$$-MgO, (U,Pu,Np)O$$_{2}$$, (U,Pu,Np)N and (Pu,Np,Zr)Nの開発が、核燃料サイクル開発機構と日本原子力研究所の間で行われている。本論文では、各ターゲットについての製造および特性評価の現状を報告する。加えて、高速実験炉「常陽」における照射試験計画についても述べる。

論文

Diagnostics system of JT-60U

杉江 達夫; 波多江 仰紀; 小出 芳彦; 藤田 隆明; 草間 義紀; 西谷 健夫; 諫山 明彦; 佐藤 正泰; 篠原 孝司; 朝倉 伸幸; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.482 - 511, 2002/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:96.97(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uの計測診断システムは、約50の計測装置から構成されている。近年、プラズマパラメータの半径方向の分布計測が精度よく行なわれるようになった結果、プラズマの内部構造が明らかになった。また、ミリ波反射計/電子サイクロトロン放射計測により、電子密度/電子温度揺動の測定が行なわれ、プラズマ閉じ込めに関する理解が進展した。さらに、電子温度,中性子発生率,放射パワー,電子温度勾配等の実時間制御実験が、関係する計測装置のデータを利用して行なわれた。これらの計測,及び実時間制御を駆使することにより、高性能プラズマを実現することができた。次期核融合実験炉用計測装置としては、炭酸ガスレーザ干渉計/偏光計,及び協同トムソン散乱計測装置を開発している。

論文

Improvement of Thomson scattering system using SBS phase conjugation mirrors in JT-60U

波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*; 内藤 磨; 北村 繁; 佐久間 猛*; 濱野 隆*; 塚原 美光

Proceedings of 29th European Physical Society Conference on Plasma Physics and Controlled Fusion, 4 Pages, 2002/00

誘導ブリルアン散乱(SBS)を用いた位相共役鏡を既存のYAGレーザトムソン散乱装置に応用し、同装置の測定性能の向上を図った。すなわち、YAGレーザ装置に位相共役鏡を組込み、レーザ増幅器で誘起される波面の乱れを補正しダブルパス増幅を行った結果、YAGレーザの性能は[エネルギー:1.7J,繰り返し:30Hz,平均出力:51W]から[4.1J,50Hz,205W]となり、レーザ性能を著しく向上することができた。一方、SBS位相共役鏡は一般の全反射鏡と異なり精密な光学調整を必要とせず、比較的簡単な位置合わせを行うだけで反射光が入射光と全く同じ光路を逆進する。この性質を利用し位相共役鏡をJT-60U 装置に取り付けることにより、プラズマ中でレーザ光を往復させ散乱光量を約2倍にする原理実証試験を行った。

論文

How many wavelength channels do we need in Thomson scattering diagnostics?

内藤 磨; 吉田 英俊; 北村 繁; 佐久間 猛*; 小野瀬 義秋*

Review of Scientific Instruments, 70(9), p.3780 - 3781, 1999/09

 被引用回数:14 パーセンタイル:30.46(Instruments & Instrumentation)

プラズマ中の電子温度、密度の測定に用いるトムソン散乱計測では、散乱された光を多数の波長チャンネルで検出した方が精度が上がるが、その分コストもかかる。このため本論文では現実的な測定条件下において妥当な波長チャンネル数の指針を与えた。まずチャンネル数の如何に依らない測定誤差の理論的下限が存在することを示した。次に与えられたチャンネル数において測定誤差を最小にする波長チャンネルの配置を求め、この時の誤差が理論的下限値にどれくらい近いかによって最適性の判断を行った。通常の測定では理論限界の90%程度の測定精度を持っていれば十分と考えられる。以上のことから、400-700nmの波長領域を測定する典型的なルビーレーザー散乱システムにおいては、0.01-10keVの温度領域の測定には7チャンネル、0.1-10keVでは5チャンネルあれば良いことを明らかにした。

論文

Multilaser and high spatially resolved multipoint Thomson scattering system for the JT-60U tokamak

吉田 英俊; 内藤 磨; 山下 修; 北村 繁; 佐久間 猛*; 小野瀬 義秋*; 根本 博文*; 浜野 隆*; 波多江 仰紀; 長島 章; et al.

Review of Scientific Instruments, 70(1), p.751 - 754, 1999/01

 被引用回数:13 パーセンタイル:32.28(Instruments & Instrumentation)

JT-60Uトムソン散乱測定装置の最新の設計と測定実績について総合報告する。本装置は超高温な電子温度や高精度な電子密度の過渡変化を、定量的であるがゆえに精密なアラインメントの常時監視下で高信頼測定が可能であるという特長を有する。2台のルビーレーザから発せられるビームを光学的に同質かつ同一直線上に伝搬させる、施光子とファラデー回転子から成るビーム合成装置を開発して、2ミリ秒の時間差での過渡事象現象測定を可能にした。プラズマ炉心部から周辺部まで約2mにわたって60空間点のトムソン散乱光を8~22mmの高分解能で2台の集光器で集光する。低電子密度プラズマを小立体角かつ高空間分解能で高精度に測定するため超高感度の光電子増倍管を採用し、また高温高密度の炉心プラズマを対象に高繰返し計測が可能な2次元型検出器を開発・導入した。講演では、最新の測定結果についても言及する。

論文

A Compact and high repetitive photodiode array detector for the JT-60U Thomson scattering diagnostic

吉田 英俊; 内藤 磨; 佐久間 猛*; 北村 繁; 波多江 仰紀; 長島 章

Review of Scientific Instruments, 70(1), p.747 - 750, 1999/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:59.23(Instruments & Instrumentation)

コンパクトで高い繰返し計測が可能な2次元型検出器をJT-60Uトムソン散乱測定装置用に開発した。機器構成は、短波長で高い量子効率を持つ光電面、指向性を重視した近接型一段加速のマイクロチャンネルプレート、高速応答できる蛍光面、空間分割20でスペクトル分割12の240chフォトダイオードアレイ、1ミリ秒以内にデータ読み込みやA/D変換、メモリーへの転送・書き込みを行うパラレル/シリアルデータ処理ユニットである。上述した短波長で高い分光感度を持つ本検出器の特性を生かし、長波長側で高い透過率を持つように分光光学系で使用するレンズ類の無反射コーティング等の設計に留意した結果、広いスペクトル帯域幅でトムソン散乱光の測定を可能にし、10keVを越す炉心プラズマの超高温電子温度測定にも本検出器は安定かつ高い信頼性で適用できることを、JT-60Uトムソン散乱測定装置で実証した。

論文

YAG laser Thomson scattering diagnostics on the JT-60U

波多江 仰紀; 長島 章; 北村 繁; 柏原 庸央*; 吉田 英俊*; 内藤 磨; 山下 修; 清水 和明; 佐久間 猛*; 近藤 貴

Review of Scientific Instruments, 70(1), p.772 - 775, 1999/01

 被引用回数:49 パーセンタイル:7.38(Instruments & Instrumentation)

JT-60UにおけるYAGレーザトムソン散乱測定装置は、炉心級プラズマの電子温度・密度分布の時間変化の測定を行うために開発された。YAGレーザは、繰り返し率10Hzの装置を、近年50Hzに改造し、現在15空間点を20msの周期で測定している。逐次分光干渉フィルター型のポリクロメーターでは、電子温度は、20eVから10keV程度までの測定が可能で、ディスラプションにより電流消滅中の低温プラズマから、臨界クラスの高性能負磁気シアプラズマまで、幅広い温度レンジでの測定が行われている。トムソン散乱光を検出するAPD(アバランシェフォトダイオード)は、その感度が温度に大きく影響を受ける。そのため、本装置では電子冷却素子を用いた温度制御により、APD素子の温度を一定に保ち、常に安定した感度を確保しているのが特長である。

論文

Quantitative method for precise,quick, and reliable alignment of collection object fields in the JT-60U thomson scattering diagnostic

吉田 英俊; 内藤 磨; 的場 徹; 山下 修; 北村 繁; 波多江 仰紀; 長島 章

Review of Scientific Instruments, 68(2), p.1152 - 1161, 1997/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:33.66(Instruments & Instrumentation)

JT-60Uトムソン散乱計測で電子密度測定の信頼性確保のため、既存のレーザビーム軸位置遠隔調整装置に加えて2台の集光器用に新たに遠隔視野位置調整装置を開発し、レーザビーム軸と視野位置に関するアライメント設定性能を向上させ、その有効性を実証した。本装置の機能には、レーリ散乱光による高精度な初期アライメントの遠隔設定、トムソン散乱光利用によるプラズマ放電中の各レーザパルスに対する視野アライメントの常時直接監視、アライメント許容範囲を越えた時点からの自動遠隔視野位置調整と速やかな適正アライメント回復、等がある。重要な特長は、集光器視野幅の狭小化を可能にし、プラズマ背景光に対する散乱光のS/N比向上とファイバーコストの低減を、アライメント安定性を確保しつつ達成できた点にある。視野位置調整に必要な定式化と、本装置を利用した真空容器内レーザビーム幅遠隔測定法についても言及した。

論文

First operation results of YAG laser thomson scattering system on JT-60U

波多江 仰紀; 長島 章; 吉田 英俊; 内藤 磨; 山下 修; 北村 繁; 風間 大介*; 的場 徹; 小野瀬 義昭*

Fusion Engineering and Design, 34-35, p.621 - 624, 1997/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:49.1

JT-60UにおけるYAGレーザトムソン散乱測定装置はプラズマ放電中の電子温度(Te)と電子密度(n$$_{e}$$)の空間分布の連続的な時間変化を測定するために現在整備中である。測定レンジは20eV≦Te≦20keV、5$$times$$10$$^{18}$$m$$^{-3}$$≦n$$_{e}$$≦2$$times$$10$$^{20}$$m$$^{-3}$$で、測定点は20点の測定が行えるよう設計しており、現在空間点5点が測定可能である。本装置では近赤外領域の散乱光を測定するため、(1)背景光にはH$$alpha$$線のような強い輝線スペクトルがない。(2)観測窓のくもりによる影響が少ないなど測定上のメリットがある。APD検出器は温度により感度が変動するので、本装置では電子冷却素子でAPD素子の温度を$$pm$$0.1$$^{circ}$$C以内の精度で制御し感度が一定になるようにした。初期データからは負磁気シア放電時に見られる内部輸送障壁の内外のデータを得るなど局所的なTe、n$$_{e}$$の時間変化を10Hzの時間分解能で捉えることができた。

報告書

JT-60U Thomson scattering system with multiple ruby lasers and high spatial resolution for high electron temperature plasma measurement

吉田 英俊; 内藤 磨; 山下 修; 北村 繁; 波多江 仰紀; 長島 章

JAERI-Research 96-061, 20 Pages, 1996/11

JAERI-Research-96-061.pdf:1.1MB

高温なJT-60Uプラズマの電子温度T$$_{e}$$と電子密度n$$_{e}$$をマルチルビーレーザを活用して空間点数60点で測定するトムソン散乱計測システムの1996年現在までの設計と測定実績を記述する。分光器と新開発の2次元検出器の高スペクトル帯域化によって、高精度かつ高い信頼性を確保しつつ負磁気シア放電で炉心内部に形成される高電子温度プラズマの測定を可能にした。また高空間分解能測定によって、Hモード放電でプラズマ周辺部に形成されるT$$_{e}$$とn$$_{e}$$の急峻な分布勾配の正確な測定を可能にした。最小時間差2ミリ秒まで可能なマルチレーザの活用は、固体燃料ペレットの入射実験等の過渡現象測定に必要不可欠なものとなった。JT-60UプラズマのT$$_{e}$$とN$$_{e}$$分布の最近の測定例から、本システムの設計の妥当性と性能を具体的に記した。

論文

Beam combiner for transient phenomena measurement in the JT-60 Thomson scattering diagnostic

吉田 英俊; 内藤 磨; 山下 修; 北村 繁; 長島 章; 的場 徹

Review of Scientific Instruments, 66(1), p.143 - 147, 1995/01

 被引用回数:23 パーセンタイル:14.87(Instruments & Instrumentation)

偏光板とファラデー回転器から構成される、JT-60トムソン散乱測定装置用のビーム合成器を開発した。これは2台のルビーレーザを光学的に結合して高い繰返しの測定を可能にするもので、特にペレット入射実験など過渡現象の測定に有効である。本ビーム合成器は既存のトムソン散乱測定装置の設備を改造することなく、最少時間差2ミリ秒で過渡現象の測定を可能にした点に大きな特徴がある。このビーム合成方法は、3台以上のレーザの合成や複数のレーザ増幅器を有したレーザシステムへの応用が可能であり、これらを使用する高繰返しレーザについても言及している。

報告書

JT-60NBI加熱装置の低エネルギー領域における高出力化

水野 誠; 大楽 正幸; 堀池 寛; 北村 繁; 小又 将夫; 栗山 正明; 松田 慎三郎; 松岡 守; 大賀 徳道; 小原 祥裕; et al.

JAERI-M 88-088, 14 Pages, 1988/05

JAERI-M-88-088.pdf:0.44MB

JT-60NBI加熱装置は70~100keVのビームエネルギーで最大20MWの入射パワーが得られるよう設計されているが、40keV程度の低ビームエネルギー領域では入射パワーは8MW程度にまで低下する。一方、低密度プラズマでの加熱実験領域の拡大および周辺プラズマ加熱によるHモード達成のため、低エネルギー領域での入射パワー増大が必要とされた。この目的で一段加速によるビーム引き出しが原形ユニットにおいて試験され、JT-60NBIにおいて17HWの入射パワーが得られることが明らかになった。昭和62年6月から7月にかけて、JT-60NBIに一段加速が適用され、最高17.6MWの入射パワーが得られ、JT-60においてHモード遷移現象が観測された。

報告書

可変プロトン比イオン源の開発

渡邊 和弘; 大楽 正幸; 海老沢 昇; 堀池 寛; 井上 多加志; 北村 繁; 小又 将夫; 倉島 徹*; 水野 誠; 大賀 徳道; et al.

JAERI-M 88-022, 26 Pages, 1988/02

JAERI-M-88-022.pdf:0.79MB

JT-60の実験において、低密度プラズマ領域での中性子入射(NBI)による加熱実験範囲を拡大しHモード生成を容易にするための実験を効果的に行なう必要が生じた。そのためには、中性粒子ビームのプワーを維持しつつエネルギーを下げて突抜量を減らす必要がある。一つの方法としてイオン源のプロトン比を下げ低エネルギーのビームとなる分子イオンの比率を高めてやる方法がある。これは同時に入射パワーを増大させる方法である。そこで、JT-60NBI予備イオン源を改造してプロトン比の可変範囲を拡張する実験をおこなった。

報告書

JT-60粒子入射加熱装置の設計及び技術開発

栗山 正明; 秋場 真人; 秋野 昇; 荒木 政則; 大楽 正幸; 海老沢 昇; 堀池 寛; 伊藤 孝雄; 井上 多加志; 河合 視己人; et al.

JAERI-M 87-169, 182 Pages, 1987/10

JAERI-M-87-169.pdf:5.53MB

JT-60粒子入射加熱装置(JT-60NBI)は、JT-60の臨界条件を達成するため、75keV(50~100keV)のビームエネルギーで、最大20MW/10秒の高速中性ビームをJT-60プラズマに打ち込むものである。JT-60NBIに要求される性能は、従来のNBI装置の性能をはるかに凌ぐもので、その設計製作には従来の技術レベルを大きく越える必要があった。このため、イオン源を中心としてJT-60NBIの構成機器の試作開発を10年以上に渡って進めてきて、その集大成として、1986年、JT-60NBIの完成に漕ぎつけた。この報告書は、JT-60NBIの技術開発及び設計についてまとめたものである。

論文

The JT-60 neutral beam injection system

松田 慎三郎; 秋場 真人; 荒木 政則; 大楽 正幸; 海老沢 昇; 堀池 寛; 伊藤 孝雄; 金井 文雄*; 河合 視己人; 小又 将夫; et al.

Fusion Engineering and Design, 5, p.85 - 100, 1987/00

 被引用回数:21 パーセンタイル:12.91

JT-60NBI加熱装置のシステムと特徴についてまとめたものである。

論文

Performance of the prototype JT-60 injector unit in the presence of a simulated stray magnetic field

田中 茂; 秋場 真人; 大楽 正幸; 堀池 寛; 伊藤 孝雄; 小又 将夫; 松田 慎三郎; 松岡 守; 水橋 清; 小原 祥裕; et al.

Fusion Technology, 7(3), p.391 - 398, 1985/00

JT-60トカマクの周囲に発生する磁場が中性粒子入射装置に与える影響をJT-60NBI原型ユニットに設置された模擬漏洩磁場発生コイルを用いて実験的に調べた。イオン軌道計算から予測されたように、漏洩磁場印加時には、ビームダンプ上の温度分布は?直方向に移動し、分布のピーク値も変化した。しかしながら、磁場打消コイルの動作により、これら移動距離及びピーク値は、許容範囲内に納まった。高速中性粒子の再電離損失のため、漏洩磁場印加時には、ビームターゲットに入射するパワーは、4~5%減少した。本実験の運動条件内では、各除熱機器への熱負荷は設計値以下であり、各機器とも漏洩磁場印加時でも、問題なく機能することが示された。

報告書

100kV,80A,10s Power Supply for a Neutral Beam Injector Using a Series of Gate Turn Off Thyristors as a Regulator/Switch Valve

松岡 守; 河合 視己人; 小又 将夫; 北村 繁; 松田 慎三郎; 水橋 清; 長村 英博*; 小原 祥裕; 渡邊 和弘

JAERI-M 84-112, 20 Pages, 1984/06

JAERI-M-84-112.pdf:1.17MB

電圧制御機構を有するGT0(ゲートターンオフサイリスク)バルブを考慮し、JT-60NBI原型ユニットに適用した。これは特にJT-60NBIに適用できるかを調べることを目的として行なわれたものである。性能試験により本GTOバルブは高い信頼性と適用性を有することが確認できた。この結果からJT-60NBI用加速電源にも本GTOバルブを用いることとした。

論文

100kV test of the prototype neutral beam injector for JT-60

堀池 寛; 秋場 真人; 荒木 政則; 大楽 正幸; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 栗山 正明; 北村 繁; 松田 慎三郎; 松岡 守; et al.

Review of Scientific Instruments, 55(3), p.332 - 337, 1984/00

 被引用回数:18 パーセンタイル:12.89(Instruments & Instrumentation)

JT-60用粒子入射装置原型ユニットにおいて100kV70Aにて10Sのビームを引き出すことに成功した。ビームライン機器のパワーフローの測定によれば、すべての機器は良好に動作している。このことはイオン源やビームラインの設計の妥当性を証明するものである。パルス中でのビーム発散の劣化などは認められていない。またビームラインでのパワーフローの測定結果は、別に測定したイオンビームのプロトン比とガス圧分布測定結果と良く一致した。100kV70Aで10Sまでの運転では中性化効率28%、総合入射効率が20%であることがわかった。

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