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論文

22A beam production of the uniform negative ions in the JT-60 negative ion source

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; Grisham, L. R.*; 畑山 明聖*; 柴田 崇統*; 山本 崇史*; 秋野 昇; 遠藤 安栄; et al.

Fusion Engineering and Design, 96-97, p.616 - 619, 2015/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:28.02(Nuclear Science & Technology)

JT-60SAのプラズマ加熱および電流駆動装置として利用する世界最大の負イオン源では、要求値となる22Aの大電流負イオンビームの100秒生成を目指している。そのためには、40cm$$times$$110cm(全1000穴)のビーム引出面積から生成されるビームの一様性を改善する必要がある。そこで、負イオンビームの親粒子である水素原子および水素イオンをより一様に生成するために、磁場分布・高速電子分布計算結果および実験結果に基づいて、従来の横磁場構造からテント型磁場構造を基にした新たな磁場構造に改良した。これにより、全プラズマ電極に対する一様な領域は、従来よりも1.5倍まで改良し、この一様な領域からJT-60SAの要求値を満たす22Aのビーム生成を可能にした。このときのビーム電流密度は210A/m$$^{2}$$であり、これはITERの負イオン源にて要求される200A/m$$^{2}$$をも満たすビーム生成に成功した。

報告書

JT-60中性粒子入射加熱装置の解体

秋野 昇; 遠藤 安栄; 花田 磨砂也; 河合 視己人*; 椛澤 稔; 菊池 勝美*; 小島 有志; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; et al.

JAEA-Technology 2014-042, 73 Pages, 2015/02

JAEA-Technology-2014-042.pdf:15.1MB

日欧の国際共同プロジェクトであるJT-60SA計画に従い、JT-60実験棟本体室・組立室及び周辺区域に設置されている中性粒子入射加熱装置(NBI加熱装置)の解体・撤去、及びその後の保管管理のための収納を、2009年11月に開始し計画通りに2012年1月に終了した。本報告は、NBI加熱装置の解体・収納について報告する。

報告書

汎用PLCを用いた長パルス負イオン源用分散型制御システムの開発

小又 将夫; 清水 達夫; 大関 正弘; 小島 有志; 花田 磨砂也

JAEA-Technology 2014-041, 50 Pages, 2015/01

JAEA-Technology-2014-041.pdf:22.68MB

超伝導コイルを用いた臨界プラズマ試験装置JT-60 Super Advanced(JT-60SA)のプラズマ加熱及び電流駆動を担う中性粒子入射装置においては、負イオン源1台あたり500keVのビームエネルギーで、22Aの負イオン電流を100秒間安定に生成することが要求されており、これまでの3倍以上の長時間運転が必要である。この長時間の大電流負イオンビームを実現するため、実機負イオン源及び実機電源設備を用いた長パルス負イオン源試験装置を建設し、長パルスの負イオンビーム生成に向けた技術開発を行っている。今回、負イオン源を長時間安定に制御するための装置を開発した。同装置においては、汎用の 計算機とProgrammable Logic Controller (PLC)を、用途や処理時間に応じて分散・配置して、電源機器を制御すると共に各種測定データを収集する分散型制御システムを採用した。開発した制御装置をJT-60負イオン源の試験運転で使用し、負イオンビームを、JT-60SAの仕様である100秒間の間、安定に引出すことに成功しており、本制御システムがJT-60SAで利用できる見通しを得た。

論文

Improvement of uniformity of the negative ion beams by Tent-shaped magnetic field in the JT-60 negative ion source

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; Grisham, L. R.*; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; et al.

Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02B314_1 - 02B314_4, 2014/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:49.42(Instruments & Instrumentation)

負イオン中性入射装置では、JT-60SAにて要求される22Aの大電流を生成するために、負イオン源内の負イオンビームの一様性を改善する必要がある。本研究では、イオン源の磁場構造を従来のカスプ磁場配位からテント型磁場配位に改良した。磁場構造を改良することによって、負イオンビームの一様性を負イオンの生成効率を劣化させることなく、10%以下に改善することができた。

論文

Origin of non-uniformity of the source plasmas in JT-60 negative ion source

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 井上 多加志; 柏木 美恵子; Grisham, L. R.*; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.

Plasma and Fusion Research (Internet), 8(Sp.1), p.2405146_1 - 2405146_4, 2013/11

本研究では、JT-60負イオン源の端部から引き出される負イオンビームの密度が低い原因を明らかにするために、負イオン源内での負イオン生成の元となる水素イオン及び水素原子の密度分布を静電プローブ及び分光計測にて調べた。またフィラメントから電子の軌道分布を計算コードにて求めた。その結果、負イオンビームの密度が低くなる原因は、電子のB$$times$$grad Bドリフトによって負イオンが非一様に生成されるためであることがわかった。また、負イオンビームが電子数の多い端部では高密度の負イオンを、電子数の少ない反対側の端部では低密度の負イオンを引き出すために歪んでしまい、接地電極に当たっていることも明らかとなった。

論文

Progress of high-power and long-pulse ECRF system development in JT-60

小林 貴之; 諫山 明彦; 横倉 賢治; 下野 貢; 長谷川 浩一; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 寺門 正之; 平内 慎一; 佐藤 文明; et al.

Nuclear Fusion, 51(10), p.103037_1 - 103037_10, 2011/10

 被引用回数:14 パーセンタイル:35.31(Physics, Fluids & Plasmas)

電子サイクロトロン波加熱装置(ECRF装置)において、運転開始直後の短時間(100ミリ秒程度)にアノード電圧を制御することにより電子のピッチファクターを最適化することで効率を向上させる新手法を開発した。これにより高出力化の課題であったコレクタ熱負荷を低減することが可能となり、世界で初めて1.5MW, 4秒間のジャイロトロン出力を達成した。このときのコレクタ熱負荷は従来より約20%低いことが確認され、今後さらに長パルス化が可能と考えられる。長パルス運転を制限したジャイロトロン内の不要高周波による熱負荷を低減するため、モード変換器を改良したジャイロトロンを製作して、既に調整運転を開始し1MW出力で31秒までパルス幅が伸張した。また、課題であった不要高周波は約1/3に低減できたことが実験的に確認され、近い将来の定常運転に見通しが得られた。これらの成果はJT-60SAに向けたECRF装置の高出力・長パルス化に大きく貢献するものである。

口頭

Operational experience on ECRF system in JT-60U and development for JT-60SA

森山 伸一; 小林 貴之; 諫山 明彦; 横倉 賢治; 下野 貢; 長谷川 浩一; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 寺門 正之; 平内 慎一; et al.

no journal, , 

JT-60UのECRFアンテナについて実験後に点検観察を行った結果、大きな損傷はないものの、軽微な放電痕が数箇所確認され、またミラー表面に軽度の変色が認められた。一方JT-60Uの実験期間における9年間に渡る運転データの統計的整理を行い、85%を上回る高いショットの成功率が得られていたことをあらためて確認した。JT-60Uの実験終了後もJT-60SAに向けてジャイロトロン及び伝送回路の高パワー長パルス開発を継続している。装置改造後の定格である1MW, 100秒出力を目指した開発においてはモード変換器を改良したジャイロトロンにおいて、これまでパルス幅を制限していたDCブレーク部への回折RFのパワーを半減させることに成功し、目標達成に明るい見通しが得られた。ジャイロトロン管内のガスだしコンディショニング中であり、現在の達成値は1MW, 17秒及び0.6MW, 30秒(18MJ)である。

口頭

JT-60SA電子サイクロトロン加熱・電流駆動装置アンテナの設計検討

小林 貴之; 諫山 明彦; 星野 克道; 長谷川 浩一; 鈴木 貞明; 平内 慎一; 佐藤 文明; 和田 健次; 大関 正弘; 横倉 賢治; et al.

no journal, , 

JT-60SA電子サイクロトロン加熱・電流駆動装置のアンテナは、直線駆動方式とすることにより真空容器内での冷却水漏洩のリスクを低減する計画である。今回、本アンテナを実現するための詳細な構造、機械及び光学設計を行ったので報告する。特に2次元ビーム駆動の実現に重要な機器である、直線駆動用の長尺ベローズと、ベローズ軸に垂直方向の変形による駆動軸の回転用ベローズ等について、試験体を製作しそのスムーズな動作を確認し、JT-60SAで要求される角度範囲を実現できる見通しを得た。また低電力試験を実施し、2次元駆動時のビーム空間分布を測定して計算と一致することを確認した。

口頭

JT-60SAに向けた電子サイクロトロン加熱・電流駆動装置の開発

森山 伸一; 小林 貴之; 諫山 明彦; 星野 克道; 横倉 賢治; 下野 貢; 長谷川 浩一; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 寺門 正之; et al.

no journal, , 

JT-60SAに向けてECRF装置の高パワー長パルス化開発を行っている。1MW, 100秒出力を目指したジャイロトロン開発においてはモード変換器の改良により、これまでパルス幅を制限していたDCブレーク部への回折RFのパワーを大幅に減少させることに成功した。現在の達成値は1MW, 31秒(30MJ)である。これにより過去にパルス幅を制限していたDCブレーク部冷却水過熱の問題は解消され、ジャイロトロン内のガス出しを進めることで、さらなるパルス延伸が可能である見通しが確実なものとなった。伝送ラインにおいてはこれまでマイターベンドなど主要機器のみを強制冷却していたが、導波管自体を冷却してその有効性を確認した。30秒程度のパルス幅ではショット中の冷却効果は限定的であるがショット間のベース温度を低く保つうえで非常に効果的である。今後、負荷回路伝送ラインを現在の内径31.75mmの導波管からJT-60SAで用いる60.3mm導波管に置き換える改良等を行ったうえで効率よくジャイロトロンのエージングを進め、JT-60SAに必要な100秒出力の確認を目指す計画である。

口頭

JT-60SAに向けたECRF装置長パルス試験における伝送系の問題点とその対策

平内 慎一; 鈴木 貞明; 佐藤 文明; 和田 健次; 大関 正弘; 小林 貴之; 長谷川 浩一; 横倉 賢治; 森山 伸一

no journal, , 

JT-60Uでは、コイルを超伝導化してプラズマを100秒間維持するJT-60SAへの改造が行われている。110GHz電子サイクロトロン波帯(ECRF)装置に要求される長パルス(1MW-100秒)伝送を実現するため、既設伝送系機器(1MW-5秒設計)の改造が必要である。今回、改造に必要な機器の発熱や真空度の変化に関するデータを取得することを目的として長パルス試験を行い、1MW出力では過去最長となる30秒間伝送のデータを取得した。その結果、整合器や導波管など伝送系機器の温度上昇とダミーロード内の放出ガス増加による放電が問題となることがわかった。これらのデータを分析し、今後100秒伝送するために伝送系機器の冷却強化,大口径伝送系機器の導入,真空排気設備の増力などの対策を明らかにした。

口頭

JT-60U用NBI加熱装置解体作業の完遂

小又 将夫; 花田 磨砂也; 秋野 昇; 椛澤 稔; 大関 正弘; 河合 視己人*; 大槻 信一*

no journal, , 

核融合試験装置(JT-60U)においては、BA計画の一環として欧州と共同で超伝導コイルを有するJT-60SA(JT-60 Super Advanced)を建設する。JT-60Uの主力加熱装置である中性粒子入射加熱装置(NBI加熱装置)に関しては、ほとんどの機器はJT-60SAにおいて、必要な改造を行った後に再使用する計画である。NBI加熱装置のうち、JT-60SAで再使用する約50トンのビームラインタンク8基や付帯設備、約100トンの高電圧機器は設置場所から一旦解体撤去し、別建屋の放射線管理区域に移動し長期保管される。またJT-60SAで再使用しない機器は専用の保管容器に収納し、再使用しないビームラインタンク2基は別建屋の放射線管理区域に移動して保管される。本技術研究会では、2012年1月に完了したNBI加熱装置の解体作業の概要と解体作業時の放射線管理,解体品の長期保管管理等について報告する。

口頭

テント型磁場配位によるJT-60負イオン源の負イオンビームの非一様性の改善

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; 大関 正弘; et al.

no journal, , 

負イオン中性入射装置(N-NBI)では、JT-60SAにて要求される22Aの大電流を長時間(100秒)生成するために、負イオン源内の負イオンビームの一様性を改善する必要がある。本研究では、イオン源の磁場構造を従来のカスプ磁場配位からテント型磁場配位に改良した。磁場構造を改良することによって、負イオンビームの一様性を負イオンの生成効率を劣化させること無く、10%以下に改善することができた。

口頭

JT-60負イオン源のテント型磁場配位によるビーム一様性の改善

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; 大関 正弘; et al.

no journal, , 

世界最大のビーム引出面積を有する大型JT-60負イオン源では、ビームの一様性改善がJT-60SAの要求値である22Aの大電流の負イオン生成のための重要課題である。本研究では、従来の横磁場配位からテント型方式を基にした新たな磁場配位に改良した。これにより、非一様な負イオン生成の原因であった、プラズマ生成に必要な高速電子の偏在化を改善した。その結果、負イオンの一様な領域を、従来の磁場配位では全プラズマ電極の45%であったものを、中央3枚の電極にあたる60%にまで改善し、JT-60SAにて要求される22Aのビーム生成に成功した。

口頭

JT-60負イオン源でのビーム一様性改善に向けた磁場構造最適化

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 根本 修司; 大関 正弘; et al.

no journal, , 

JT-60SAのプラズマ加熱・電流駆動装置で利用する世界最大の負イオン源では、22Aの大電流負イオンビームを100秒間生成することが求められている。そのためには、45cm$$times$$110cmのビーム引出面積から生成させる負イオンビームの空間一様性を改善する必要がある。そこで、負イオンビームの素となるプラズマをより一様にするため、従来の横磁場構造からテント型磁場構造を基にした新たな磁場構造に改良した。これにより、全プラズマ電極に対する一様な領域は、従来の磁場構造において45%であったものを、60%にまで改善した。さらに、その一様な領域からJT-60SAにて要求される22Aのビーム生成に成功した。

口頭

JT-60SAに向けた中性粒子入射装置制御系の開発

小又 将夫; 清水 達夫; 大関 正弘; 小島 有志; 花田 磨砂也

no journal, , 

JT-60SA用N-NBI装置では、500keV・22A・100秒の長パルス負イオンビームをプラズマへ入射することが要求されており、従来の3倍以上の長時間運転が必要となる。長パルスビーム入射には制御系の開発が必須である。そこで、汎用の計算機とPLCからなる制御システムで構築した制御系を製作し、JT-60SAで要求される長パルス負イオン開発で試験した。その結果、本システムを用いて負イオンビームを100秒間安定に引出すことに成功した。

口頭

Optimization of the magnetic configlation toward large current beam production in the JT-60SA negative ion source

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 平塚 淳一; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.

no journal, , 

JT-60SA負イオン源では、JT-60SAにて要求される大電流負イオンビームの長時間生成を達成するための研究課題の一つであるビームの一様性改善を進めている。これまでに従来の磁場構造からテント型磁場構造を基にした新たな磁場構造を用いることで、一様な負イオンビーム生成が可能となった。それと同時に、負イオン生成効率が向上するとともに電子の引出抑制効率が劣化した。本研究ではこれらの原因を解明するために、磁場構造と負イオンの親粒子である水素イオン、原子および電子との関係を調べた。その結果、新たな磁場構造を用いることで生じたフィルター磁場強度の減少によって、水素イオンや原子のプラズマ電極への流入量が増大し、負イオン生成効率が向上したことが分かった。他方、この減少により、プラズマ電極近傍での電子密度が増大して、電子の引出抑制効率が劣化することも分かった。ただし、5枚すべての引出電極の電子による熱負荷は一様で、引出電極の設計の範囲内であった。以上の結果より、改良後の磁場構造が有用であることが分かった。今後この磁場構造を用いて22A、100秒負イオンビーム生成を目指す。

口頭

JT-60SAに向けた中性粒子入射装置の開発及び調達の進展

花田 磨砂也; 小島 有志; 秋野 昇; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 佐々木 駿一; 根本 修司; 清水 達夫; 大関 正弘; 大麻 和美; et al.

no journal, , 

34MW, 100秒入射が要求されるJT-60SA用中性粒子(NB)入射装置の開発の現状を報告するものである。JT-60SA用の正イオンNB(P-NB)装置の開発は、これまでに順調に進展し、一基当たり85keV, 2MWの中性粒子を100秒間入射する見通しを得ている。これにより、12基合計の入射パワーは24MWが可能となる。負イオンNB(N-NB)装置に関しては、負イオン源の性能を改善することによって、これまでに、JT-60SAの要求性能である22A(ビーム電流値)、500keV(ビームエネルギー)、100秒(生成時間)を個別に達成している。さらに、大電流負イオンビームの長時間生成試験を実施し、これまでに15A, 100秒ビームを達成している。

口頭

ITER級大型負イオン源でのビーム一様・安定生成に向けた研究開発

吉田 雅史; 花田 磨砂也; 小島 有志; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 平塚 淳一; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.

no journal, , 

ITERやJT-60SAといった核融合炉用負イオン源では、1mを超える大面積の引出領域から負イオンビームを安定かつ一様に生成することが要求されている。そこで、ITER用負イオン源(1280孔)とほぼ同数の孔数を有し、引出領域が1m$$times$$0.5mのJT-60負イオン源(1080孔)を用いたビームの一様生成試験を実施した。その結果、JT-60負イオン源の従来の磁場構造をテント型構造に改良することで、ビームの一様性を従来よりも20%改善した。さらに、その一様な領域から32Aビーム生成を実証した。これは、ITER負イオン源の孔数で換算すると、約38Aに匹敵し、ITERの要求値である40Aのビーム生成の見通しを得ることができた。

口頭

JT-60SAに向けたNBIの調達状況

佐々木 駿一; 花田 磨砂也; 秋野 昇; 小島 有志; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 遠藤 安栄; 清水 達夫; 大関 正弘; 根本 修司

no journal, , 

JT-60SAでは、正・負イオン源を用いて85keV, 27.5A及び500keV, 22Aのビームを100秒間生成することが要求されている。本要求を実現するために、NBI既存設備をできる限り流用しつつ、各機器を長パルス化する。負イオンNBIについてはテストスタンドを用いて制御系・負イオン生成電源の長パルス化を実施するとともに、加速電源設備の長パルス化やビームラインの550mm位置下げ作業を実施した。正イオンNBIについても、1ユニットを先行して長パルス化に向けて制御系及び電源系の開発試験中であり、開発試験の結果を長パルス化の設計に反映する。

口頭

JT-60SAに向けたP-NBI電源性能試験

佐々木 駿一; 花田 磨砂也; 秋野 昇; 遠藤 安栄; 清水 達夫; 大関 正弘

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、JT-60Uを超伝導コイル化するJT-60SA計画が進められている。本計画において、正イオン中性粒子入射装置(P-NBI装置)はビームパルス幅を定格の10秒から100秒に伸長することが要求されている。本要求に対応するため、NBI装置は既存設備をできる限り流用しつつ、必要最小限の改造で長パルス入射を達成する。今回、P-NBI電源設備の長パルス化改造箇所を明確にするため、電源系の性能試験を実施中である。現在、フィラメント電源及びアーク電源の性能試験が完了し、両電源共に100秒通電が可能であることが分かった。本発表では、P-NBI電源性能試験結果の詳細を報告する。

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