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論文

Design and power test of a new hybrid RF generator composed of a tetrode and a solid-state driver for ICRH

森山 伸一; 藤井 常幸; 木村 晴行; 三枝 幹雄; 山本 巧; 前原 直; 小川 芳郎*; 奥津 平二*; 小林 則幸*

Fusion Technology 1994, 0, p.549 - 552, 1995/00

ITER等の次世代トカマクの加熱装置として、有力な候補であるイオンサイクロトロン帯高周波(IC)加熱装置には、高出力、高効率、広帯域の高周波源が必要である。この要求を満たし、四極管一本と全固体入力回路で構成された新型高周波源を開発中である。四極管は増幅率の大きいカソード接地動作とし、コントロールグリッドを、電界効果トランジスタ(FET)を用いたスイッチング回路によって駆動する。周波数の切り換えに用いる可動素子が従来型高周波源で12~14個必要なのに対して、新型高周波源は合計4個でよいので高速で高信頼性の機構が実現できる。高周波源の構成が単純になるので、冷却装置、補助電源の簡略化が可能で設置面積を小さくでき、出力電力あたりのコストを抑えることができる。原理検証として、すでに1993年に4個のFETと東芝製8F76Rを用いて70MHzにおいて9kWの出力を確認している。今回、ITERのIC加熱装置の周波数範囲である20~90MHzでのMW級動作を念頭に置き、24個のFETを用いた設計を行った。これに基づいて試作した固体入力回路の動作試験を行い、1MWの出力が可能な発生電圧を確認した。

論文

Performance of the JT-60 ICRF antenna with an open type Faraday shield

藤井 常幸; 三枝 幹雄; 木村 晴行; 森山 伸一; 安納 勝人; 河野 康則; 小林 則幸*; 久保 博孝; 西谷 健夫; 小川 芳郎*; et al.

Fusion Engineering and Design, 19, p.213 - 223, 1992/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:50.42(Nuclear Science & Technology)

JT-60での約4年間にわたるイオンサイクロトロン(ICRF)高周波加熱実験におけるアンテナのパワー入射性能についてまとめたものである。この位置制御型アンテナには、高周波損失を低減するために世界で初めてオープン型ファラデーシールドを用いたため、そのパワー入射性能に特に興味が持たれた。実験では、広範囲のプラズマパラメータ(ne=1~7$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-3}$$,I$$_{p}$$=1~2.8MA,B$$_{T}$$=2.2~4.8T)に対して、極めて良好な結果が得られた。すなわち、最大入射パワー3.1MW、入射パワー密度16MW/m$$^{2}$$を達成した。この入射パワー密度は世界最高の値である。一方、極めて稀な実験条件(同相アンテナ電流モードでアンテナ-プラズマ間距離30mm以下)で放射損失が急激に増大した。この現象は、近年提唱されているRFシースに基づくイオンスパッタリングによるものと考えられる。

論文

Upgrade of JT-60 ICRF heating system

藤井 常幸; 小林 則幸*; 森山 伸一; 三枝 幹雄; 安納 勝人; 篠崎 信一; 寺門 正之; 木暮 重幸*; 小川 芳郎*; 若林 邦朗*; et al.

Fusion Technology 1990, Vol.1, p.1171 - 1175, 1991/00

JT-60の改造(JT-60U)に伴う、JT-60ICRF加熱装置の改造についてまとめたものである。ICRF加熱装置の主要部であるアンテナとインピーダンス整合器の改良を行なった。JT-60U用アンテナは、Hモードのようなプラズマ密度が周辺で急峻に立ち上がっている場合でも十分な結合抵抗(2$$Omega$$以上)が得られるように設計された。インピーダンス整合器は、大電力移相器とスタブチューナとの組合わせとし、耐電圧特性を向上させた。さらに、周波数フィードバック制御による整合回路を組合わせた。これにより、負荷のアンテナインピーダンスの速い(約3ms)変化に十分対応することができ、かつ、容易にインピーダンス整合をとることができる。これらの機器は、すでに製作され、40kV、1秒の耐電圧試験を終え、その健全性が確認されている。

報告書

JT-60 ICRF加熱装置のアンテナインピーダンス整合の解析及びその自動化の計画

森山 伸一; 木村 晴行; 藤井 常幸; 三枝 幹雄; 小林 則幸*; 小川 芳郎*; 安納 勝人; 篠崎 信一; 寺門 正之

JAERI-M 90-184, 39 Pages, 1990/10

JAERI-M-90-184.pdf:1.05MB

JT-60ICRF加熱実験に於いて、パワーの上限を決める最大の要因は、増幅器最終段の四極管への反射電力である。ICRF加熱装置ではアンテナのインピーダンス(数$$Omega$$)と伝送ラインのインピーダンス(50$$Omega$$)が異なる為、インピーダンス整合が必要であり、良い整合を保つことで反射電力を小さく抑え、大パワーの入射が可能となる。本研究報告では、JT-60ICRF加熱実験で行なったスタブ整合の手法と整合領域の解析を行い、これに基づいてインピーダンス整合の自動化の検討を行なった。現状のシステムでの自動整合は、スタブのフィードバック制御と周波数フィードバック制御の組み合わせが最も効果的であり、これらが導入された場合実験の高効率化、省力化及び入射電力の増大に威力を発揮するものと考えられる。

報告書

JT-60U用ICRFアンテナの設計

三枝 幹雄; 木村 晴行; 藤井 常幸; 小林 則幸*; 森山 伸一; 安納 勝人; 小川 芳郎*; 篠崎 信一; 寺門 正之

JAERI-M 89-105, 34 Pages, 1989/08

JAERI-M-89-105.pdf:0.92MB

JT-60U用ICRFアンテナの設計を、テストランチャーの電磁界分布測定及び結合計算コードによる結合特性を基に行った。アンテナはトロイダル方向に2列、ポロイダル方向に2段の位相制御型アンテナであり、各アンテナ間に金属製のしきり板を設けてアンテナ間結合を小さくしており、アンテナは良好な結合特性を得る為、トロンボーン形状にしてある。結合計算の結果は、しきり板上に流れるイメージカレントの効果が、同相モードでの結合抵抗を減少させるが、逆相についてはしきり板が薄い場合には影響が小さく、最適化したアンテナで、逆相モード時に、Hモード的な密度分布でもアンテナとセパラトリックス間が8cmまで1$$Omega$$以上の結合抵抗が得られる事が判った。

報告書

Dependence of coupling resistance on toroidal wave number spectrum during H-mode discharge

三枝 幹雄; 木村 晴行; 藤井 常幸; 小林 則幸*; 森山 伸一; 安納 勝人; 小川 芳郎*; 篠崎 信一; 寺門 正之; JT-60チーム

JAERI-M 88-153, 20 Pages, 1988/08

JAERI-M-88-153.pdf:0.56MB

JT-60でHモード遷移時に他のトカマクでは減少するICRFアンテナの負荷抵抗が増加する現象が初めて観測された。この現象は、アンテナアレイ間の位相差に依存しており、位相差とプラズマ密度分布を考慮したアンテナ-プラズマ結合理論により説明することができた。また、JT-60Uのパラメータを用い、トロイダル方向に4列のループアンテナアレイのHモード遷移時における結合特性を調べた結果、低密度領域では増加する結合抵抗も、高密度領域では減少する事が理論的に予測された。

報告書

Present status of JT-60 ICRF heating experiment

木村 晴行; 藤井 常幸; 三枝 幹雄; 濱松 清隆; 草間 義紀; 飛田 健次; 根本 正博; 永島 圭介; 小林 則幸*; 森山 伸一; et al.

JAERI-M 88-123, 24 Pages, 1988/07

JAERI-M-88-123.pdf:0.82MB

JT-60第2調波イオンサイクロトロン周波数帯(ICRF)加熱実験の最近の成果についてまとめた。中性粒子入射(NBI)加熱との組合せ加熱時に第2調波ICRF波による顕著なビーム加速が観測された。ビーム加速に伴ないICRFのエネルギー増分閉じ込め時間は210msecに達した。

報告書

Power test of the JT-60 ICRF launching system

木村 晴行; 藤井 常幸; 池田 佳隆; 三枝 幹雄; 佐川 準基*; 関 正美; 上原 宗則*; 小林 則幸*; 斎藤 靖*; 小川 則幸*

JAERI-M 86-113, 25 Pages, 1986/08

JAERI-M-86-113.pdf:0.64MB

JT-60 ICRF結合系のインピ-ダンス整合及び耐電力試験がJT-60本体真空容器への組込みに先だってテストスタンドにて行なわれた。2行2列の位相制御型ル-プアンテナアレイのインピ-ダンス整合が種々の位相設定条件に対して確認された。ル-プ間の相互結合により、アンテナの入力インピ-ダンスは位相条件に従って大きく変化する。マルチパクタ-放電が、観測され、そのパワ-領域が明らかにされた。実質2日間のエ-ジングの後に、結合系の2分の1部分に1MJの高周波エネルギ-を注入することが出来た。ガス放出、質量分析、ランチャ-の温度計測等、エ-ジング過程における観測結果が論じられる。

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