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報告書

Power loading on the beamline components and beam divergence of the negative-ion based NBI system for JT-60U

Hu, L.*; 秋野 昇; 海老沢 昇; 本田 敦; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 椛澤 稔; 栗山 正明; 日下 誠*; 藻垣 和彦; et al.

JAERI-Tech 99-057, 16 Pages, 1999/08

JAERI-Tech-99-057.pdf:1.03MB

JT-60では、負イオンNBI(N-NBI)を使った高エネルギー中性ビーム入射実験が進められている。N-NBIの目標性能は、500keVで10MWのビームを入射することであり、これまでに350keVで5.2MWのビーム入射を達成している。ビーム発散、ビームライン機器への熱負荷は、ビーム性能を評価する上できわめて重要な項目である。JT-60へのビーム入射実験中にドリフト管で評価した発散は、水平方向で4mrad、垂直方向で6mradであり、これは設計値の5mradに近い値である。ビームライン機器への熱負荷測定値も設計値と比べて妥当な値である。

報告書

JT-60U負イオン源用熱伝導型セシウム導入管の開発

山崎 晴幸*; 伊藤 孝雄; 薄井 勝富; 藻垣 和彦; 栗山 正明; 佐藤 藤雄*; 大島 克己*; 大森 憲一郎; 渡邊 和弘

JAERI-Tech 99-054, 49 Pages, 1999/07

JAERI-Tech-99-054.pdf:1.92MB

JT-60U用負イオン源では負イオン生成効率向上のため、アークチェンバ内にセシウム(Cs)蒸気を導入する。従来のCs導入装置は高電圧ノイズにより、しばしば真空側のヒータが断線・故障した。このCs導入装置を高電圧ノイズに強くするため、熱伝導型導入管の開発とヒータ回路の改良を行った。熱伝導型導入管は、ヒータの断線時に修理を簡単にするため、大気圧側の導入管の一部を加熱して真空側を熱伝導で昇温する構造とした。開発にあたり、計算機でシミュレーションしてモデルを設計・製作し、性能確認試験を行った後、これを負イオン源に採用した。また、ヒータの断線を防止するため、加速電圧の印加中はヒータの電源を遮断するように回路を改良した。以上の2点の改良により、Cs導入装置のヒータに関する故障はほとんどなくなり、現在、順調に運転中である。

論文

500kV直流電源の運転

薄井 勝富; 大森 憲一郎; 大島 克己*

KEK Proceedings 99-17 (CD-ROM), 4 Pages, 1999/00

JT-60負イオンNBI装置のイオン源用電源は、負イオン生成部電源、引き出し部電源及び加速電源から構成される。このうち、加速電源は最高500kVまで負イオンを加速するための電源である。1996年末に加速電源出力制御をアナログ制御からマイクロコンピュータを用いたデジタル制御方式に改造した。アナログ制御方式では、加速電圧立ち上げ時間が約150msecが限度であり、それより速くしようとすると、電圧オーバーシュートが大きくなる。デジタル制御方式の改造により立ち上げ時間を50msecまで短縮することができた。また、1997年末には、負荷である負イオン源での放電破壊後の負荷再投入時に加速電圧が低下することに対する処置を行った。これは加速電源出力制御回路にコンバータ出力信号を保持する回路を追加し、制御定数を調整することにより改善を図ることができた。

論文

Development of negative-ion based NBI system for JT-60

栗山 正明; 秋野 昇; 海老沢 昇; Grisham, L. R.*; 本田 敦; H.Liquen*; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 椛澤 稔; 藻垣 和彦; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 35(11), p.739 - 749, 1998/11

 被引用回数:34 パーセンタイル:7.95(Nuclear Science & Technology)

高密度プラズマでの中心加熱・電流駆動実験のために開発を進めてきたJT-60用負イオンNBIについて報告する。本負イオンNBIは、平成4年に建設を開始し、平成8年に完成した。完成後直ちに、負イオン源、ビームライン、イオン源用電源の調整、改良を行いながら、負イオンビーム出力の増大に努めると共にJT-60へのビーム入射運転を行ってきた。これまでにイオン源単体でのビーム出力として、水素負イオンで360kV,18.5Aを得ている。また、JT-60への入射パワーとしては、重水素ビームで350keV,5.2MW、水素ビームで360keV,4.2MWを達成している。本報告では、先ず、本負イオンNBI装置開発の経緯、設計及び建設について述べ、装置完成後の調整試験、ビーム出力増大のためのイオン源、電源等の運転パラメータの最適化、及びこれまでに得られた結果について述べる。

報告書

JT-60NBI用正イオン源のパワー増大

河合 視己人; 秋野 昇; 海老沢 昇; 本田 敦; 伊藤 孝雄; 椛澤 稔; 栗山 正明; 藻垣 和彦; 大賀 徳道; 大原 比呂志; et al.

JAERI-Tech 98-042, 32 Pages, 1998/09

JAERI-Tech-98-042.pdf:1.57MB

JT-60NBIは、1986年に水素ビームを用いたNBI加熱実験を開始し、定格中性粒子ビームパワー20MWの入射に成功した。その後、1991年に重水素ビーム対応、高エネルギー化の改造を実施し、重水素ビームで40MWの入射パワーを得るために、イオン源での放電破壊対策を講じながら運転の安定化に努めた。イオン源の構造上の問題からこの目標を達成できなかったため、高エネルギー領域から大電流領域での運転へ方針変更し、加速部ギャップ長の短縮化を行った。この結果、1996年7月にビームエネルギー~96keV、40MWの入射を達成した。

論文

Progress of negative-ion based NBI system for JT-60U

栗山 正明; 秋野 昇; 海老沢 昇; Grisham, L. R.*; 本田 敦; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 椛澤 稔; 日下 誠*; H.Liquen*; et al.

Fusion Technology 1998, 1, p.391 - 394, 1998/00

JT-60では、高密度プラズマでの中心加熱・電流駆動研究を目的として500keV負イオンNBIの開発を進めている。本負イオンNBIは、平成8年3月の装置完成以来、負イオン源、ビームライン、イオン源用高電圧電源の調整、改良を行いながら、負イオンビーム出力の増大に努めてきた。イオン源単体でのビーム出力として、これまでに水素負イオンビームで360keV、18.5A、重水素で380keV、14.3Aまで得ている。また、JT-60への入射パワーとして重水素中性ビームで5.2MW,350keVを達成している。本報告では、負イオンビーム出力増大のためのイオン源運転パラメータの最適化、及び負イオンNBIの技術的課題の解決策等について発表する。

論文

Improvement of the ion source power supply for JT-60 negative-ion based NBI

大森 憲一郎; 薄井 勝富; 大島 克己*; 大賀 徳道; 河合 視己人; 渡邊 和弘; 伊藤 孝雄; 栗山 正明; 小野 要一*; 川島 秀一*

Fusion Technology 1998, 1, 4 Pages, 1998/00

JT-60負イオンNBI装置(N-NBI)は、1996年よりビーム出力の増大を図りながらJT-60プラズマへの入射実験を行っている。これまでの運転において、N-NBIの主要構成機器の一つであるイオン源用電源でもいくつかの問題が発生した。これらの多くは、ビーム出力の増大に伴い発生頻度が増したイオン源におけるブレークダウンが原因であると推定された。そこで、これらに対処するため、加速電源制御系のディジタル制御化改造、フィラメント電源電圧検出回路へのフィルタ増設、あるいは、アーク電源の過電流に対する保護レベルの見直しといった改造が行われた。また、その他の電源においても、ビーム入射の最適化を目指し、いくつかの改造・調整等が実施された。本シンポジウムでは、N-NBIの運転時に電源において発生した問題点、それに対する対処(改造)、そしてその結果について報告する。

論文

High power beam operation with the negative-ion based NBI for JT-60U

栗山 正明; 秋野 昇; 海老沢 昇; Grisham, L. R.*; 花田 磨砂也; 本田 敦; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 椛澤 稔; 小泉 淳一*; et al.

Proc. of 17th IEEE/NPSS Symposium Fusion Engineering (SOFE'97), 1, p.405 - 408, 1998/00

JT-60用負イオンNBI装置は、NBI電流駆動による定常化研究及びプラズマの中心加熱での閉じ込め性能向上を目指したもので、500keV,10MW,10秒の性能を目標とする世界初の負イオンNBIである。この負イオンNBIは、1996年初めに完成した後、1996年3月に最初のビーム入射に成功した。以後、イオン源、ビームライン及びイオン源用電源の最適化を行いながらビーム出力の増大を図り、これまでイオン源出力として重水素ビームで400keVで13.5A、水素ビームで350keVで18.4Aの負イオンビーム出力を達成している。またJT-60への入射パワーに関しては、1996年9月には重水素ビームで350keVで2.5MW、1997年2月には水素ビームで3.2MWのビーム入射を果たし、これまでの実験は、プラズマ中での高エネルギー粒子の挙動がほぼ理論的に予測されたとおりになっている。

論文

High voltage power supply of negative-ion based NBI for JT-60U

大賀 徳道; 大森 憲一郎; 渡邊 和弘; 大島 克己*; 伊藤 孝雄; 河合 視己人; 薄井 勝富; 栗山 正明

Proc. of 17th IEEE/NPSS Symposium Fusion Engineering (SOFE'97), 2, p.1091 - 1094, 1998/00

JT-60U用負イオンNBIは、イオン源2台にて500keV,10MWの重水素ビームを10秒間入射できるよう設計されており、1997年3月に設置された。本装置のイオン源用電源はソースプラズマ生成用電源、イオン引き出し電源、加速電源等から構成される。このうち加速電源は最高500kV出力することができ、2台のイオン源に共通に使われる。またイオン源内で発生する放電破壊時に電極の保護及びサージに対する保護のため200$$mu$$s以下で電流を遮断することができる。ビーム加速前に、耐電圧試験、短絡試験が実施され電源の健全性が確認された。ビーム加速試験では、これまでに350keV,18.4Aの水素イオンビームを、重水素にては400keV,13.5Aのビームを得ることができた。JT-60Uプラズマへは、イオン源1台にて350keV,3.2MWの中性ビームを1秒間入射することに成功した。

論文

New digital control systems of poloidal field power supplies for JT-60 upgrade

松崎 誼; 青柳 哲雄; 寺門 恒久; 高橋 実; 信坂 裕通*; 大森 憲一郎

Fusion Technology 1990, p.1482 - 1486, 1991/00

JT-60の大電流化改造に伴い、ポロイダル磁場コイル電源もOH電源回路の直流遮断器の撤去、Hコイル電源の増強そして制御系の改造等を行なった。とりわけサイリスタの直接ディジタル制御(DDC)部は、高速制御性を得るため大巾に改造された。新DDCシステムはホストコンピュータ(HC)とVMEバスを持つ32ビットマイクロプロセッサー(MVME)とからなる。HCは主に全系制御計算機からの指令に基づき、放電条件の設定・実行及び放電後の結果データの収集・転送を行う。一方MVMEはDDCの制御アルゴリズムを実行し、サイリスタ位相制御器へ出力する。この新DDCシステムを製作し、試験を行なった。結果は極めて良好であり、この制御の遅れ時間は0.5ms以下であった。

論文

Developments in high-power and high-switching-frequency inverters of IGBT devices for plasma control in tokamak

松崎 誼; 大森 憲一郎; 嶋田 隆一; 南 圭次*; 山崎 長治*; 尾崎 章*; 川島 秀一*

Proc. of 1990 Int. Power Electronics Conf., p.139 - 143, 1990/00

トカマクにおけるプラズマ電流の突然の遮蔽(プラズマディスラプション)を回避・制御する事において、必要な開発項目は大容量でかつ高速でスイッチングするインバータ電源である。JFT-2Mでの実験を想定して、500V、1500A、10~20kHzのスイッチング速度を持つインバータ電源を2スタック製作した。1スタックは単相電圧形フルブリッジ回路で3台並列接続である。素子は最近開発された大容量、高速のスイッチング特性を持つ自己消弧形素子IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を使用した。この素子の定格は1000V、300Aであり、IGBT素子単体の定格として最大級のものである。このインバータ電源の制御は、最大20kHzの搬送周波数をもつPWM(Pulse Wide Modulation)制御で行った。この電源は製作を終え、試験を行い、良好な結果を得た。

論文

産業用エネルギー蓄積装置,3; 核融合実験装置用大型フライホイール

大森 憲一郎

電子情報通信学会論文誌,D, 109(10), p.709 - 711, 1989/10

JT-60トロイダル磁場コイル電源は、JT-60本体のトロイダル磁場コイルに8GJものエネルギーをパルス的に供給するため、系統電力系と電動発電機電力系とで構成されている。このシステムの中でも発電機は、所要のエネルギーを回転エネルギーとして蓄え、コイル通電時に電気エネルギーとして放出する、すなわち、エネルギー蓄積装置としての役目を果たしてるが、4GJの放出エネルギーを確保するために、直径6,600mm、厚さ2,400mm、総重量約650tonの巨大なフライホールによってはずみ車効果(GD$$^{2}$$)を大きくしている。運転開始以来、その積算運転時間は5,000時間にも及ぶが良好に運転されており、また入力エネルギーに帯する出力エネルギーの比、すなわち、運転効率は約60%である。JT-60電源には、この発電機を含めて合計3基の発電機が設置されているが、今年11月以降約1年間かけて順次分解点検を実施する予定である。

論文

Modifications and operational experience of JT-60 power supplies

松川 達哉; 大森 憲一郎; 高橋 春次; 大森 俊造; 寺門 恒久; 柳生 純一; 大森 栄和; 宮地 謙吾; 竹下 明*; 池田 幸治; et al.

Fusion Technology 1988, p.1444 - 1448, 1989/00

昨年度、JT-60の実験領域の拡大、つまり、リミター運転時あるいはダイバータ運転時におけるプラズマ電流の最大値がそれぞれ3.2MA、2.7MAに変更されたことに伴い、JT-60電源設備の改造が行われた。その主な内容としては、10kAの増設電源によるQ電源の増力、ディスラプション時に誘起される電流による応力から本体コイルを保護するために設置したVコイルの外部インダクタンス、あるいは、Vコイル電流とMコイル電流を組み合わせた二次元のインターロック、その他Fコイル電源及びTコイル電源の増力などがあげられる。本発表はこれらの改造内容と改造後の運転実績について報告するものである。

論文

Modifications and operational experience of JT-60 power supplies

松川 達哉; 大森 憲一郎; 高橋 春次; 大森 俊造; 寺門 恒久; 柳生 純一; 大森 栄和; 宮地 謙吾; 竹下 明*; 池田 幸治; et al.

Fusion Technology 1988, p.1444 - 1448, 1989/00

JT-60電源設備は1985年に運転を開始した。その後プラズマ実験の要求を満足させるため、JT-60の休止期間中、幾つかの改造を行った。特に1987年には、プラズマ電流がリミタ配位で3.2MA、磁気リミタ配位で2.7MAを達成するため、JT-60電源の出力を、サイリスタ変換器の増強等で増やした。この論文では、これ迄のJT-60電源の改造及び運転経験について述べる。更に1988年現在における電源設備の現状について述べる。

論文

Advanced control of the tokamak plasma shape and position by the quick responce power supply

嶋田 隆一*; 細田 潤*; 飯塚 正博*; 松崎 誼; 松川 達哉; 大森 憲一郎; 渡辺 幸夫*; 尾崎 章*

Fusion Technology,1988, Vol.1, p.674 - 678, 1989/00

大型トカマクにおけるプラズマパラメータが上昇している中で、プラズマの垂直位置制御やプラズマディスラプションといったプラズマ-技術的問題は重要である。このためプラズマ平衡・安全性維持に必要なポロイダル磁場コイル電源は極めて重要である。この論文ではプラズマの位置・形状を制御するハイブリッドマトリックス制御法とそれに必要な高速応答性をもつ電源の開発について述べる。

論文

High-switching frequency amplifier of IGBT for disruption feedback control systems

松崎 誼; 大森 憲一郎; 嶋田 隆一*; 南 圭次*; 尾崎 章*; 比嘉 修*; 川島 秀一*

IEEE 13th Symp. on Fusion Engineering, Vol. 1, p.89 - 92, 1989/00

プラズマディスラプションを回避する手法として、m=2/n=1のMHDモードの成長、即ちプラズマ磁気面の変形を制御する方法がある。このためには磁気面の変形速度0.1~0.5msに対応して、外部より10kHz程度の変速磁場を印加する必要がある。このディスラプションフィードバック制御システムは、真空容器内のサドルコイルに、磁気プローブ信号から必要な値を計算し、PWM制御で超高速インバータ電源を駆動するものである。JFT-2Mに適用するこのシステムに必要な電源は、500V、3000Aの直流電源を10kHzの超高速でスイッチングする超高速・大容量電源である。この電源の素子として最近開発された自己消弧型半導体素子IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を使用し、このインバータ電源を製作した。

論文

JT-60 power supplies

嶋田 隆一; 恒岡 まさき; 松川 達哉; 青柳 哲雄; 大森 憲一郎; 水野 誠; 松川 誠; 高橋 春次; 椎名 実; 宮 直之; et al.

Fusion Engineering and Design, 5, p.47 - 68, 1987/00

 被引用回数:20 パーセンタイル:14.07(Nuclear Science & Technology)

臨界プラズマ試験装置JT-60はその運転に巨大な電力とエネルギーを必要とする。本論文はこれら核融合装置電源の開発についてまとめて述べたものであり、設計からR&D、試験についてまで詳細に示した。

論文

核融合実験装置JT-60用4GJフライホイール付電動発電機

大森 憲一郎; 恒岡 まさき; 松川 達哉; 嶋田 隆一

PE-86-60, p.83 - 92, 1986/00

JT-60トロイダル磁場コイル電源は10分間隔で繰り返し運転され、1パルスあたり約8GJのエネルギーを供給する。その約半分は商用電力系統より直接受電するが、残りのエネルギー4GJはフライホイール付電動発電機によりまかなわれる。本発表は、このフライホイール付電導発電機の設計、試験及び運転に関して報告するものである。すなわち、本発電機は軸下部に約650トンのフライホイールをもち、発電機出力は21万kwである。また、起動あるいは10分毎の再加速にはサイリスタ駆動装置を用い、最大定格回転数は600rpmである。さらに、実験装置用の電源として繰り返し頻度が従来と桁違いに多いのが特長である。総重量1,000トンの回転子が高速で回転するが、綿密なバランス調整等を繰り返した結果、軸振動については全く問題がなく、非常に良好に運転されている。

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