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論文

ITERだより,6

森 雅博; 吉田 英俊

プラズマ・核融合学会誌, 83(11), P. 928, 2007/11

(1)昨年11月にITER計画参加国により調印されたITER協定は、その批准手続き等、参加各国の国内手続きがすべて完了して本年10月24日に発効した。このことにより、ITER協定の下にITER計画を実施する「ITER国際核融合エネルギー機構(ITER機構)」が正式に発足した。また、ITER協定の発効を受け、文部科学省は同日、ITER協定に基づく活動を行う我が国の国内機関に日本原子力研究開発機構を指定した。(2)本年7月の暫定ITER理事会により暫定理事会の諮問委員会として、ITER運営諮問委員会(MAC)とともに、ITER科学技術諮問委員会(STAC)の設置とその最初の任務が決定された。このSTACに対する最初の任務として、新たな"Project Baseline documents"を評価することが要請された。(3)2007年7月に核融合フォーラムの発展継承となる核融合エネルギーフォーラムが発足した。10月に開催された運営会議で、ITER設計書の評価について国から正式な依頼があり、運営会議の下に新設されたITER$$cdot$$BA技術推進委員会で間もなくその評価検討が開始される予定である。

論文

外国の開発動向

吉田 英俊

原子力eye, 53(7), p.31 - 33, 2007/07

ITER参加極の核融合エネルギー研究開発に対する基本的な姿勢や背景などを概説する。欧州については、幅広いアプローチへの取り組み状況を含め、極内機関と欧州核融合開発協定(EFDA)の両面から解説する。米国については、ITERによる燃焼プラズマの実現が確実視されることから、核融合によるエネルギー開発の新たな動きを紹介する。また、急速に核融合研究開発の力をつけてきた韓国,中国,インドなどについても最近の動向を触れる。

論文

Current status and future prospects of the JT-60U control system

米川 出; 川俣 陽一; 戸塚 俊之; 赤坂 博美; 末岡 通治; 吉田 英俊

Fusion Engineering and Design, 71(1-4), p.11 - 15, 2004/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:61.78(Nuclear Science & Technology)

UNIXを基本としたワークステーションとVME-busシステムから構成されるJT-60制御系は1991年の改造以来、先進プラズマ制御実験をはじめとする数々のプラズマ実験において重要な役割を果たしてきた。JT-60の制御系を統括する全系制御設備は、旧式の制御用計算機とCAMACシステムで構成されていたが、上記の改造により、プラズマ制御系は0.25ミリ秒の超高速でプラズマの位置形状同定,制御,表示を行っている。またJT-60を構成する各設備の制御系も全系制御設備と同様に旧式の制御系からワークステーションとVME-busシステムという組合せを基本としたシステムへの改造を逐次、進めている。現在、JT-60は、放電時間の伸長作業と同時に制御系の改良・開発が行われている。これまでの制御系の開発・改造と、現在行われている改造・開発計画について、その概要を報告する。

論文

JT-60U,JFT-2Mにおける非協同トムソン散乱

波多江 仰紀; 吉田 英俊; 山内 俊彦; 内藤 磨

プラズマ・核融合学会誌, 76(9), p.868 - 873, 2000/09

非協同トムソン散乱を用いた計測手法は、トカマク装置による核融合研究の黎明期以来、トカマクプラズマの性能評価のための重要な計測手法となっている。そのためトムソン散乱測定装置は、基幹計測装置としてほとんどのトカマク装置に設置され、電子温度と電子密度のデータを提供している。しかしながら測定原理は同じであっても、それぞれのトカマク装置に適用する場合、装置の事情(たとえば、観測ポートとその近傍の装置の構造,必要とされる空間分解能や時間分解能,製作コスト)によって適用される形態は異なる。この論文では、例として大型のトカマク装置である臨界プラズマ試験装置JT-60Uと,中型のトカマクである高性能トカマク開発試験装置JFT-2M、これら2つのトカマク装置のトムソン散乱測定装置について、その開発の流れや考え方について解説した。

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:15 パーセンタイル:29.85(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:33.56(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:60.37(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:53 パーセンタイル:7.47(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。

報告書

JFT-2MトカマクにおけるTVトムソン散乱装置の技術開発と運転

椎名 富雄; 山内 俊彦; 石毛 洋一*; 高橋 明*; 吉田 英俊; 小澤 皓雄; 河村 茂*; 秋本 宣章*; D.Dimock*; B.LeBlanc*; et al.

JAERI-Tech 98-048, 49 Pages, 1998/10

JAERI-Tech-98-048.pdf:2.16MB

TVトムソン散乱装置(TVTS:プリンストン大学と共同で開発した計測器)が完成し、運転を始めてから6年(1993~1998)が経過した。その間にハードウェア上及びソフトウェア上の問題点が数多く発生し、その都度装置の改良に迫られたが、現象を慎重に検討し、運転をしながら問題点を解決してきた。本報告書では、蓄積されたTVTS装置の運転上のノウハウについてまとめるとともに、TVTSの運転方法も記述した。

論文

会議報告; 第12回高温プラズマ計測に関するトピカル会議

児玉 了祐*; 吉田 英俊; 藤田 順冶*; 西谷 健夫; 武藤 貞嗣*; 鞠 重山*; 松田 俊明; 長 照二*; 川端 一男*; 磯部 光孝*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 74(10), p.1208 - 1213, 1998/10

1998年6月7日から11日まで米国プリンストン大学で開催された第12回高温プラズマ計測に関するトピカル会議での主要な発表についてまとめたものである。磁気核融合と慣性核融合等に係わる総数が310件の発表では7セッションに分類されて講演されたが、本会議報告でも同じ形式で記述した。

論文

Characteristics of edge pedestal width in JT-60U ELM-free H-mode plasmas

波多江 仰紀; 鎌田 裕; 石田 真一; 福田 武司; 滝塚 知典; 白井 浩; 小出 芳彦; 菊池 満; 吉田 英俊; 内藤 磨

Plasma Physics and Controlled Fusion, 40(6), p.1073 - 1083, 1998/00

 被引用回数:40 パーセンタイル:21.63(Physics, Fluids & Plasmas)

Hモードプラズマでは、プラズマ周辺部で熱と粒子の輸送が改善される。このとき、プラズマの温度、密度分布では、表面近傍に急勾配がみられる。本論文では、この急勾配の屈曲点からプラズマ表面までの距離をペデスタル幅$$Delta$$$$rho$$と定義し、JT-60UのELM-freeHモード放電における、電子温度とイオン温度分布のペデスタル幅を、1MAから4.5MAの広いプラズマ電流の範囲内で測定した。その結果、ペデスタル幅$$Delta$$$$rho$$はポロイダル磁場と、エッジのイオン温度に強い相関を示すことがわかった。さらに、ペデスタル幅は、概ね3.3√$$varepsilon$$$$rho$$$$_{Pi}$$で直線的にスケールができることが明らかになった。ここに$$varepsilon$$はアスペクト比の逆数、$$rho$$$$_{Pi}$$はサーマルイオンのポロイダルラーマー半径である。また、実験で得られたペデスタル幅と、理論予測との比較を行った。

論文

A Formula for reconstructing fully relativistic electron distributions from incoherent Thomson scattering data

内藤 磨; 吉田 英俊; 波多江 仰紀; 長島 章

Physics of Plasmas, 4(4), p.1171 - 1172, 1997/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:82.42(Physics, Fluids & Plasmas)

通常電子温度を求めるために用いられる非協同トムソン散乱データから完全相対論的電子の運動量分布を求めるための解析的な表式を導出した。適用可能な分布は等方分布に限られるが、本表式により詳細な電子の分布関数の情報が得られるようになった。

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:13 パーセンタイル:30.31(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

Approach to a window coating problem by in-situ transmission monitoring and laser blow-off cleaning developed in the JT-60U Thomson scattering system

吉田 英俊; 内藤 磨; 波多江 仰紀; 長島 章

Review of Scientific Instruments, 68(1), p.256 - 257, 1997/01

 被引用回数:10 パーセンタイル:36.64(Instruments & Instrumentation)

炉心プラズマの可視分光計測で解決すべき最大の課題の一つとして、波長透過率の低下を招く観測窓表面での蒸着膜形成がある。トムソン散乱計測では散乱スペクトルがこの影響を受け、測定対象である電子温度と電子密度を系統的に低めに評価する問題が発生する。この誤差は炉心プラズマの電子温度が高くなるほど増大する。本報告ではこの課題に対しどの装置にも適用可能な一般的な解決策として、異なる二つの手法の組合わせを開発、提案しJT-60トムソン散乱測定装置で実証したそれらの有効性について述べる。第1に、蒸着膜の膜厚と波長透過率から回帰的に求めた減衰係数を用いて観測窓透過率を真空容器に取付けたまま精度良く推定できる手法を確立した。第2に、同じく容器に付けた状態で窓洗浄が可能なレーザブローオフ法の有効性を広範かつ系統的に実証した。また本組合わせ法による将来的な効率的運用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:50.05

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

Solution for a window coating problem developed in the JT-60U Thomson scattering system

吉田 英俊; 内藤 磨; 波多江 仰紀; 長島 章

JAERI-Research 96-062, 25 Pages, 1996/11

JAERI-Research-96-062.pdf:1.17MB

高電子温度の核融合プラズマを正確に測定するため、JT-60Uトムソン散乱測定装置において観測窓の汚れ問題を解決する2つの方法を開発した。第1の方法は、蒸着膜の減衰係数を既知として観測窓を真空容器に取付けた状態でその透過率を推定する方法である。第2の方法は、同じくレーザブローオフで膜を窓から除去する方法である。広範で系統的な調査から、レーザブローオフによる透過率回復に上限をみとめたが、それでも10keV以下の高温プラズマに対して、除去後は測定上の系統誤差を電子温度及び密度共に3%以下にできることを示した。レーザブローオフ前後で蒸着膜の減衰係数自身に変化が無いことを検証し、第1の方法との併用も可能であることを示した。両方法の相補的な活用で観測窓の汚れ問題に対する長期的な測定信頼性と充分な測定精度の確保ができるものと期待される。

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

Relativistic incoherent Thomson scattering spectrum for generalized Lorentzian distributions

内藤 磨; 吉田 英俊; 波多江 仰紀; 長島 章; 的場 徹

Physics of Plasmas, 3(4), p.1474 - 1476, 1996/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:81.71(Physics, Fluids & Plasmas)

インコヒーレント・トムソン散乱計測の適用範囲を、一般化されたローレンツ分布で表される非熱平衡プラズマにまで拡張した。ここで得られた完全相対論的スペクトルの解析的表式の適用により、高エネルギーテイル成分の存在下でもバルク電子の温度をより頑健に推定できる可能性が高まった。

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:15.58(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。

論文

Non-dimensional transport scaling and its correlation with local transport properties in JT-60U plasmas

白井 浩; 滝塚 知典; 菊池 満; 森 雅博; 西谷 健夫; 石田 真一; 鎌田 裕; 佐藤 正泰; 伊世井 宣明; 小出 芳彦; et al.

IAEA-CN-60/A2-17, 0, p.355 - 364, 1995/00

JT-60のジュール加熱及び中性粒子入射(NBI)加熱プラズマのデータを用い、無次元変数の関数形で蓄積エネルギーの熱化成分の比例則を確立した。その結果熱輸送比例則はボーム則とジャイロボーム則の中間になった。局所熱輸送解析の結果から、Lモードプラズマにおけるイオンの熱拡散係数はプラズマ電流、吸収パワーに強く依存し、電子の熱拡散係数はこれらにはほとんど依存しなかった。高$$beta$$$$_{P}$$モードプラズマにおけるエネルギー閉じ込め時間の改善はイオン熱拡散係数の軽減によるもので、電子の熱拡散係数はLモードプラズマと同程度だった。高$$beta$$$$_{P}$$モードプラズマにおいてNBI加熱中での蓄積エネルギーの熱化成分の改善(Lモードプラズマの蓄積エネルギー比例則との比較)は、最初はプラズマ中心部で、次にプラズマ周辺部で起こる。

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