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論文

1 MV holding and beam optics in a multi-aperture multi-grid accelerator for ITER NBI

柏木 美恵子; 谷口 正樹; 小島 有志; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; Hemsworth, R. S.*; 水野 貴敏*; 武本 純平; 田中 政信*; 田中 豊*; et al.

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/03

原子力機構の多孔多段加速器では、ITERの中性粒子入射装置に必要な1MeV, 200A/m$$^{2}$$の負イオンビーム加速を目指している。耐電圧試験では、加速器の耐電圧は理想的な電極の耐電圧の半分程度であることがわかった。複雑な構造を有する電極や電極支持部の局所的な電界集中が問題であると考え、電極間ギャップを延長し、電極支持部の端部の曲率を大きくして電界集中を抑えた。その結果、真空耐電圧が改善し、1MVで4000秒の電圧保持を達成した。ビーム加速でも、従来の796keV, 0.32A (140A/m$$^{2}$$)から879keV, 0.36A (157A/m$$^{2}$$)に大きく進展した。一方、ビーム加速試験では、磁場とビーム間の空間電荷反発によりビームが曲げられて電極に衝突し、ビームエネルギー・電流減少の原因となっていた。3次元ビーム解析において、このビームの偏向量を明らかにして孔ずれと電界補正板を用いたビーム偏向補正方法を設計し、加速器試験でこの補正法が有効に機能することを確認した。

報告書

ITER中性粒子入射装置用直流-1MV電源回路の過渡解析

山本 昌則; 渡邊 和弘; 山中 晴彦; 武本 純平; 山下 泰郎*; 井上 多加志

JAEA-Technology 2010-029, 60 Pages, 2010/08

JAEA-Technology-2010-029.pdf:10.49MB

ITER用中性粒子入射装置電源は、エネルギー1MeVで電流40Aの負イオンビームを加速するための-1MV超高電圧直流電源システムである。原子力機構はITER国内機関(JADA)として、-1MV超高電圧発生部,冷却水絶縁供給用高電位デッキ2, -1MV絶縁トランス,電力トランスミッションライン,サージ抑制機器,現地での電源試験のための機器等、主要な超高電圧機器の調達を担当する。中性粒子入射装置を安定に動作させるためには、イオン源加速部で発生する放電破壊時に電源から加速部へ流入するサージエネルギーを抑制し、加速部が放電破壊によって損傷されることを防ぐことが必要である。このために、電源回路にはサージ抑制機能が必要となる。ITER中性粒子入射装置電源のサージ特性について、最新のITERサイト機器配置等の諸条件を考慮した等価回路を作成し、回路解析コードEMTDCを用いてサージ抑制機器の最適化設計を行った。その結果、放電破壊の際のイオン源加速部への流入エネルギーをITERの要求値50J以下に対して25J程度に抑制できることを確認した。これによって、ITER用NBI電源における要求性能を満足するサージ抑制機能の実現の見通しを得た。

論文

A Model for electrical fast transient analyses of the ITER NBI power supplies and the MAMuG accelerator

Bigi, M.*; De Lorenzi, A.*; Grando, L.*; 渡邊 和弘; 山本 昌則

Fusion Engineering and Design, 84(2-6), p.446 - 450, 2009/06

 被引用回数:10 パーセンタイル:38(Nuclear Science & Technology)

ITER NBIでは、ビーム加速のために-1MVの超高圧加速電源が必要であり、その電源は負荷である加速器での放電破壊の際に負荷を保護する機能が重要である。本論文では、これらの短絡サージの回路解析を行うための等価回路について、複雑なインダクタンス成分や静電容量成分を有限要素法を用いた解析で求め、実体に即した等価回路を構築した。これによってサージ抑制等に関する回路定数の最適化が可能になった。

論文

Design of a -1 MV dc UHV power supply for ITER NBI

渡邊 和弘; 山本 昌則; 武本 純平; 山下 泰郎*; 大楽 正幸; 柏木 美恵子; 谷口 正樹; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 坂本 慶司; et al.

Nuclear Fusion, 49(5), p.055022_1 - 055022_5, 2009/05

 被引用回数:20 パーセンタイル:33.86(Physics, Fluids & Plasmas)

ITER中性粒子入射装置には-1MVの直流電源システムが必要であり、日本とEUが分担して製作する計画である。原子力機構は、日本国内機関としてITER中性粒子入射装置電源システムのうち、-1MVの直流超高圧発生部,伝送系, -1MV絶縁変圧器,サージ抑制装置などの超高電圧の主要な機器を分担する。これまでに、これら機器の設計を行った。インバータ電源の周波数については、回路定数から150Hzが適切な値であることを示し、採用された。直流超高圧の絶縁については、長時間の電界分布の変化を考慮し、その主要な機器の設計を行った。サージ抑制機能についても、回路解析を行い、サージブロッカによるエネルギー吸収素子や抵抗素子を適用することにより、負荷である加速器への流入エネルギーを20ジュール程度以下に抑制できることを確認した。

論文

-1 MV DC UHV power supply for ITER NBI

渡邊 和弘; 山本 昌則; 武本 純平; 山下 泰郎*; 大楽 正幸; 柏木 美恵子; 谷口 正樹; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 坂本 慶司; et al.

Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 7 Pages, 2008/10

ITER中性粒子入射装置の電源システムにおける日本の調達分担は、-1MV発生部,伝送部系,-1MV絶縁変圧器など超高圧の主要機器である。これらの1MV超高圧電源機器の設計開発について報告する。本NBI電源は、これまでにない超高圧に加えて負荷がイオン源加速器であるため負荷短絡が頻発するという特殊性を持つ。ビームを安定に加速するためには、まず超高圧電源の絶縁を確実に行うことが必要であり変圧器や伝送系の絶縁設計によって機器構造を決定した。さらに、負荷短絡時の加速器保護のためのサージ抑制機能についてサージブロックコアと接地側抵抗素子の併用による新たなサージ抑制方式を提案し、流入エネルギーを抑制する回路構成とした。これら、調達に向けての主要な技術課題を検討し機能仕様を作成した。

論文

大出力ミリ波の応用研究; kA級電子ビームを用いたミリ波発振研究

前原 直; 森本 巌*; Zheng, X.*; 渡辺 聡彦*; 山本 昌則*; 坂本 慶司; 志甫 諒

信学技報, 101(415), p.61 - 66, 2001/11

原研では線形誘導加速器によるkA級電子ビームを用いたミリ波発振研究を行ってきた。1MeVの加速器では45GHz帯の自由電子レーザ(FEL)発振研究成果としてRF出力6MWまた世界最高利得の65dB/mを達成し、9.8GHz帯の後進波型発振(BWO)では国内最高RF出力210MWを達成した。また現在2MeVの加速器を用いた9.4GHz帯FEL発振研究を進めており、これまでの原研における大出力ミリ波の発振研究を総括するとともにその応用研究について講演する。

口頭

ITER中性粒子入射装置用1MV電源の設計

山本 昌則; 渡邊 和弘; 井上 多加志; 山下 泰郎*

no journal, , 

ITER用NBI電源は、エネルギー1MeVで電流40Aの負イオンビームを加速するための直流超高圧電源である。日本はNBI電源のうち、1MV超高圧発生部,伝送部,サージ抑制部等の主要な機器を担当する。特に、イオン源放電破壊時のサージ抑制は、イオン源と加速器の保護及びビームの安定出力に極めて重要である。一方、サージ抑制機器は、性能はもちろんのこと電源全体の機器配置とも協調のとれたものでなければならない。そこで、最新のサイト機器配置等の諸条件を考慮し、回路解析コードEMTDCを用いてサージ抑制機器の定数,配置について次の項目について検討した。(1)サージブロッカーを高電位デッキ2(重水素・冷却水絶縁供給部)の前後に分配して配置する。(2)電源リターンラインにエネルギー吸収用の抵抗(50$$Omega$$)を新たに設置する。(3)中間電極保護抵抗は、加速器直前の設置が不可能であり、高電位デッキ2の上流側に設置する。これらの検討の結果、加速器への流入エネルギーを許容値(50J)以下に抑えられることを明らかにした。

口頭

ITER中性粒子入射装置用-1MV電源及び負イオン加速器の開発

渡邊 和弘; 山本 昌則; 谷口 正樹; 梅田 尚孝; 小林 薫; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 大楽 正幸; 坂本 慶司; et al.

no journal, , 

原子力機構は、日本における極内機関としてITER用中性粒子入射装置電源の主要な高電圧機器の調達を分担する。これまで、直流-1MVの超高電圧機器の設計やサージ抑制機能の設計を行った。特にNBIの安定性能の実現に重要なサージ抑制機能については、回路解析による設計を行い、負荷である加速器での放電破壊による短絡の際にも、流入エネルギーがITERでの基準値である50ジュール以下を十分満足できる20ジュール程度に抑制できることを確認した。これらの結果に併せて、負イオン加速器開発の状況についても報告する。

口頭

ITER NBI -1MV超高電圧電源の設計検討

武本 純平; 渡邊 和弘; 山本 昌則; 井上 多加志; 坂本 慶司; 山下 泰郎*

no journal, , 

日本は、ITER NBIの電源システムのうち、-1MV直流発生器, -1MV絶縁トランス,伝送部,サージ抑制部,高電位デッキ等の主要な超高電圧機器の調達を担当する。これまでに、この電源を分担するEU及びITER機構と協力して、機能仕様をほぼ確定した。現在、より詳細な電源機器設計を進めるとともに、ITERトカマク建屋内外の設備レイアウト,全体工程,仏国内法規・規制等の制約を考慮しつつ、絶縁,接地,サイト搬入,据付調整,試験方法等を総合的に検討・設計統合する段階にある。

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