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論文

Tokamak machine monitoring and control system for JT-60

三代 康彦; 柳生 純一; 西山 友和; 本田 正男; 市毛 尚志; 神永 敦嗣; 笹島 唯之; 新井 貴; 逆井 章

Fusion Engineering and Design, 83(2-3), p.337 - 340, 2008/04

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

JT-60本体制御設備は、JT-60の主要な構造物,付属設備の健全な運転を維持することを主な目的としている。各設備の運転状態をグラフィックパネル,計器,レコーダーと画面表示により情報をオペレーターに提供し、実験運転中において異常時には、実験シーケンスの停止コマンドを全系制御設備に出力する。その機能構成は、機器の起動・停止,警報及び保護回路をハードワイヤード回路で行う「シーケンス制御」,計装信号及び詳細な装置の運転状態を計算機で処理する「CAMACシステム」及び運転監視上必要とされる計装信号を光伝送し中央制御盤に指示・記録する「多重信号処理回路(STU)」から成る。一方、JT-60本体装置は、製造から20年以上経過し老朽化が進んでおり、特にトロイダル磁場コイル(TFC)の冷却配管の不具合が起きている。これに対処するため、光ファイバー温度測定器を用いてコイル内部の温度管理を行うシステムを増設した。これにより、TFCの健全な運転を保持している。さらに、全系制御設備と本システムをLANで接続し、温度データによる冷却所要時間の算出とインターロック動作で、運転に対する信頼性と運転効率の向上を図った。

報告書

スクリュー式ペレット生成器を用いたペレット入射装置の開発; 高周波数長時間連続ペレットのためのペレット生成機構の改良と試験結果

市毛 尚志; 本田 正男; 佐々木 駿一; 竹永 秀信; 松沢 行洋; 芳賀 三郎; 石毛 洋一

JAEA-Technology 2007-037, 16 Pages, 2007/07

JAEA-Technology-2007-037.pdf:2.91MB

臨界プラズマ試験装置(JT-60U)では、密度制御性の向上及び2003年度から開始した長時間放電($$leq$$65秒)に対応するため、ペレット入射装置の高周波数化・長時間化を進めた。従来の装置では、ピストン式ペレット生成器のペレット押し出し速度と容量により、それぞれ入射周波数と入射時間が制限されていた。そこで、高速でペレットの連続生成が可能であり、ほかの核融合実験装置で運転実績のあるスクリュー式ペレット生成器(ロシア製)を既存のペレット入射装置に適用,設置した。改造作業の効率等の観点からペレット入射装置本体の一部をJT-60本体室から移設した後、スクリュー式への交換を行いペレット棒の連続生成試験を実施した。燃料に重水素ガスを使用した試験の結果、JT-60Uで使用するのに十分なスクリュー式ペレット生成器の連続生成機能(330秒以上)を確認した。

論文

JT-60二次冷却設備ろ過装置の改良・更新

西山 友和; 佐々木 駿一; 三代 康彦; 本田 正男; 坂井 友了*

平成18年度名古屋大学総合技術研究会装置技術研究会報告集, p.102 - 105, 2007/03

JT-60に設置される二次冷却設備では、冷却水内の浮遊物を除去するためのろ過装置としてろ材に砂を用いたろ過槽を使用している。ろ過槽は、砂槽に蓄積された水中の浮遊物を洗浄するために、定期的(3回/週)に逆洗を実施している。逆洗工程では、多量の水が排水されるために、それを補うための給水や希釈された高額な水質管理用薬剤の投与が頻繁に必要となる。また、ろ過砂は消耗品であるために、定期的な交換が必要である。これらの結果、このろ過槽の運転には、多大なランニングコストと労力を必要としている。この課題を克服するために、ろ過槽を自動洗浄式の水処理フィルターに更新した。本フィルターは、ろ材であるスクリーンメッシュが目詰まりを起こした場合に、自動的に洗浄するもので、排水量もろ過槽に比べると約9割減少すると予想される。本研究会では、水処理フィルターの概要、期待される効果、設置等に関する検討結果、運転状況等について報告する。

論文

Fabrication of 8Cr-2W ferritic steel tile for reduction in toroidal magnetic field ripple on JT-60U

工藤 祐介; 沢井 友次; 櫻井 真治; 正木 圭; 鈴木 優; 笹島 唯之; 林 孝夫; 高橋 龍吉*; 本田 正男; 實川 資朗; et al.

Journal of the Korean Physical Society, 49(96), p.S297 - S301, 2006/12

JT-60Uでは、大体積運転においてプラズマ加熱の低下,プラズマ対向機器への熱負荷の増大を引き起こすトロイダル磁場のリップル損失を低減するため、フェライト鋼製タイルの導入を図った。JT-60Uでは重水素運転であるため、中性子発生量が低いことから、フェライト鋼として、F82Hの放射化元素の含有成分の制限を緩めた8Cr-2W-0.2V鋼を製作した。製造されたフェライト鋼は焼戻しマルテンサイト構造を示し、十分な、磁気,機械特性であった。鋼板の飽和磁化は573Kで1.7Tであり、予想より低かったものの、JT-60Uの運転では十分有効であることが計算により確認された。8-9Crフェライト鋼の飽和磁化に対する材料条件を調べることは、フェライト鋼を炉内構造物として使用する将来の核融合装置において重要である。

論文

JT-60固体燃料切断装置電源の改良

市毛 尚志; 平塚 一; 本田 正男; 宮 直之

平成14年度東京大学総合技術研究会技術報告集, p.2_91 - 2_93, 2003/03

JT-60に使用している遠心加速方式ペレット入射装置は、平成8年に開発を開始してから現在まで実験に使用してきた。しかし、平成14年6月のJT-60実験運転において固体燃料(ペレット)を射出できなくなる不具合が発生した。調査の結果、固体燃料切断装置の燃料切断・装填用プランジャの励磁コイル焼損と励磁コイルが高温になった場合に電源の出力を停止するための保護装置(電源内部に設置され、バイメタルを内蔵したサーマルプロテクタ)のバイメタルの接点が溶着している事が判明した。励磁コイルは真空槽内に設置されており、励磁コイルの絶縁被覆(ポリアミドイミド)の寿命により焼損したと思われる。また、保護装置については、切断装置本体の構造変更により励磁コイルの温度が高い状態が繰り返され寿命に至ったと思われる。本保護装置は励磁コイル焼損を防ぐ目的から故障しにくい構造にする必要がある。そこで、バイメタルを使用しない一方式による電源に改良することとした。本研究会においては、電源の改良内容と今後の予定について報告する。

論文

トロイダル磁場コイルの絶縁抵抗測定

西山 友和; 新井 貴; 三代 康彦; 平塚 一; 本田 正男; 宮 直之

平成14年度東京大学総合技術研究会技術報告集, p.2_28 - 2_30, 2003/03

JT-60のトロイダル磁場コイル(TFC)は、長年に渡る運転で生じた老朽化による性能劣化に対応するため、運転制限や監視,健全性の確認等を実施しながら安全で円滑な運転の確保に努力している。その健全性確認作業の一貫として、コイルの電気的絶縁状態を確認するために絶縁抵抗測定を実施している。TFC一括の絶縁抵抗は、容易に短時間で測定できるためJT-60実験運転時の毎日実施し、絶縁抵抗管理値を下回らないように監視している。また、定期点検期を利用して単位コイルの絶縁抵抗測定を実施し、その絶縁状態や吸湿等を確認している。以上のようにJT-60の運転経験から得られた絶縁管理の手法について報告する。

報告書

高速動作ゲートバルブの開発

平塚 一; 市毛 尚志; 木津 要; 本田 正男; 宮 直之

JAERI-Tech 2002-076, 37 Pages, 2002/10

JAERI-Tech-2002-076.pdf:2.53MB

臨界プラズマ試験装置では、遠心加速方式ペレット入射装置を用いて重水素ペレットの連続入射による高密度プラズマの実験運転を行っているが、プラズマの状態によりペレット入射の停止や入射個数制御が要求されている。その手法として高速シャッター弁による動作が有効である。しかし、従来の高速シャッター弁は、その動作速度や真空性能に問題があったため、飛行ペレットの停止,ペレット入射個数制御及び真空維持などのシャッター機能及び真空シール機構を有するゲートバルブを開発した。開発した高速動作ゲートバルブは、衝撃吸収タイプの電磁弁構造適用により、気密性1$$times$$10-8Pam$$^{3}$$/s以下、弁体ストローク20mm以上及び動作応答時間100ms以下の仕様を満足する結果を得た。この結果、遠心加速方式ペレット入射装置に適用可能であることが確認された。

論文

Gas and pellet injection systems for JT-60 and JT-60U

木津 要; 平塚 一; 三代 康彦; 市毛 尚志; 笹島 唯之; 西山 友和; 正木 圭; 本田 正男; 宮 直之; 細金 延幸

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.396 - 409, 2002/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:67.16(Nuclear Science & Technology)

この論文では、JT-60のガス及びペレット入射システムの開発と運転について述べている。ガス注入システムの主要機器であるガス注入バルブは、積層型圧電素子を用いて開発した。このシステムの最大流速は43.3Pam$$^{3}$$/sである。このバルブは、JT-60真空容器内を大気圧にすることなく修理と調整ができるように調整機構を大気側に備えている。ペレット入射システムでは圧空加速式と遠心加速式の2種類の入射方式を開発してきた。圧空式は1988年当時の世界最高記録である2.3km/sのペレット速度を達成した。一方、遠心式は1998年に開発され、40個の2.1mm角立方体ペレットを1$$sim$$10Hzで0.1$$sim$$1.0km/sの速度で連続的に射出可能である。1999年には高磁場側(上側)入射用のガイド管を開発し、ペレット入射実験を2000年より開始した。加えて高磁場側(水平)入射のためのガイド管を新規に2001年3月に開発した。

論文

JT-60ガス注入装置におけるノイズ対策

三代 康彦; 平塚 一; 岩橋 孝明*; 本田 正男

NIFS-MEMO-36, p.339 - 342, 2002/06

ガス注入装置は、臨界プラズマ試験装置(JT-60)の設備の一部であり、初期ガス及びプラズマへの粒子補給に用いられている。本装置では、経年対策・機能向上を図るため、ガス注入弁の更新を図るとともに制御計算機をCAMACからVMEとする改造を2000年に実施した。しかし、その後の実験運転においてガス注入弁用電源の出力電圧異常警報ならびにVME-AOボードの動作不良によるガス注入弁の動作不良が生じた。改造時、設備単体での動作確認試験で正常動作を確認していることから実験時のノイズによるものと判断した。JT-60では、プラズマ閉じ込め・制御用コイルによる高磁場環境下であるとともに、高電圧(NBI)・高周波(RF)の設備も稼働しており、多くのノイズ発生源が存在する。調査の結果、ガス注入弁用電源の異常については、負イオン源中性粒子加速装置(N-NBI)の運転が起因するノイズによるものであることが判明した。本報告では、ガス注入装置で受けたノイズ障害について、原因の特定及び対策方法について述べる。

論文

Development of the guide tube for magnetic high field side pellet injection

木津 要; 笹島 唯之; 正木 圭; 平塚 一; 市毛 尚志; 本田 正男; 宮 直之

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.5, p.446 - 449, 2002/00

JT-60Uでは、ペレットによる燃料粒子補給効率を向上させるために、高磁場側上側入射(HFS(top))用ペレット輸送管を開発した。輸送管は全長15m,内径5mm,最小曲率半径600mmで、JT-60U真空容器の上部ポートに接続した。(1)輸送管内でのペレットの破壊が220m/sより速くなると顕著になること,(2)220m/s以下で輸送管を通過したペレットのサイズは射出時の80%程度に減少することが観測された。上記の結果に対して簡単なモデルを適用し、ペレットが壁へ垂直に衝突しても破壊しない最大速度を見積もったところ、15m/sであることがわかった。これより、100m/sより遅いペレットであれば、200mmの曲率半径の輸送管を通過できると予想された。そこで、2000年12月に、より粒子補給効率が高いと考えられる新しい高磁場側水平入射(HFS(mid))用ペレット輸送管を開発し、JT-60Uに設置した。

論文

A Repetitive pellet injection system for JT-60U

木津 要; 細金 延幸; 平塚 一; 市毛 尚志; 笹島 唯之; 正木 圭; 宮 直之; 本田 正男; 岩橋 孝明*; 佐々木 昇*; et al.

Fusion Engineering and Design, 58-59, p.331 - 335, 2001/11

 被引用回数:15 パーセンタイル:24.13

JT-60Uではプラズマの高密度化を目的とした遠心加速方式のペレット(固体重水素)入射装置本体の開発を実施した。さらに、従来のトーラス外側からの入射に加えて、トーラスの内側からの入射を可能とするガイド管も開発した。本装置の開発では、ペレットの射出方向をばらつかせる原因の一つである重水素昇華ガスを効率的に取り除くようにした。さらに、ペレットの壁との衝突による破壊モデルを考慮した管径、テーパー角度、曲率を持ったガイド管を設計した。これらにより1.9mm立方体のペレットを周波数10Hz、速度600m/sの条件で8割以上の高効率での連続射出が可能となった。本装置を用いたプラズマへのペレット入射実験の結果、ガスパフでの供給に比べよりプラズマ中心側への燃料供給が可能なこと、100m/sのペレットであればガイド管を通してのトーラス内側からの入射が可能であることを確認した。

報告書

Development of the centrifugal pellet injector for JT-60U

木津 要; 平塚 一; 市毛 尚志; 岩橋 孝明*; 笹島 唯之; 正木 圭; 佐々木 昇*; 本田 正男; 宮 直之; 細金 延幸

JAERI-Tech 2001-022, 20 Pages, 2001/03

JAERI-Tech-2001-022.pdf:1.34MB

JT-60Uプラズマ中心への燃料供給のために重水素固体ペレット入射装置を開発した。本装置は直線型のロッドを回転させ遠心力によってペレットを加速する機構となっており、0.3~1.0km/sの速度で最大40個(1~10Hz)で射出可能である。0.7km/s以下の速度でのペレット1個あたりの平均的な原子数は3.6$$times$$10$$^{20}$$個である。加速中にペレットからの昇華ガスにより、ペレットの運動が乱されるのを防ぐために加速部品にメッシュ構造を取り入れ、また射出されたペレットを破壊せずにプラズマまで導くために適切な角度を持ったファンネル(テーパー管)を開発したことにより、破壊なく高い確率でのペレット入射が可能となった。オーム加熱(OH)プラズマへの低磁場側からのペレット入射実験を行ったところ、ガスパフに比べて中心領域に供給が行えること、ダイバーター領域のD$$alpha$$発光強度も小さく押さえられ低リサイクリングを維持していることを確認した。

報告書

JT-60ペレット入射装置のためのペレット切断装置の開発

平塚 一; 市毛 尚志; 木津 要; 岩橋 孝明*; 本田 正男; 加藤 敦史*

JAERI-Tech 2001-019, 39 Pages, 2001/03

JAERI-Tech-2001-019.pdf:3.55MB

JT-60Uでは、プラズマの高密度長時間維持を目的に重水素ペレット(固体燃料)を連続的に入射するペレット入射装置の開発を進めている。ペレット入射装置は、立方体のペレットを生成して直線型アウターロータに供給し、それを遠心加速方式により高速で加速するものである。ペレット入射装置の高性能化を図るために立方体のペレットを繰り返し切断できる固体燃料切断装置を開発した。固体燃料切断装置は、高真空、低温下で生成された固体重水素を立方体のペレットに切断し、加速部に装填する機能を有している。単体試験の結果、気密性1$$times$$10$$^{-8}$$Pam$$^{3}$$/s以下、作動時間3ms以下、周期~20Hz、ストローク2.5mmの性能を満足した。この固体燃料装填装置をペレット入射装置に組み込み試験を行った結果、周波数10Hz、速度690m/s、入射時間3.5sの性能を得た。

論文

JT-60Uにおける遠心加速方式ペレット入射装置の開発

平塚 一; 木津 要; 市毛 尚志; 本田 正男; 岩橋 孝明*; 佐々木 昇*; 宮 直之; 細金 延幸; 小田 泰嗣*; 吉田 和人*

プラズマ・核融合学会誌, 76(11), p.1189 - 1197, 2000/11

JT-60Uでは、高密度プラズマの長時間保持を目的として、直線型加速方式、エクスツルーダー型生成方式を用いた遠心加速方式ペレット入射装置を開発した。この方式は、低温状態での重水素ガスペレット化制御、ペレットが発生するアブレーションガスの対策、射出方向の安定化、衝突対策等が重要である。そのため、ペレット生成中の観察が行えるようにしたうえで、固体燃料供給管等の冷却強化、排気口の設置による発生ガスの排気、遠心加速部分からの飛び出し防止及び飛行過程での衝突破損防止等の工夫・開発を行った。その結果、固い透明な重水素の氷の生成を観察でき、2.1mmの立方体(キュービック)のペレットを的確に切断・装填し、加速・射出することができた。以上により、ペレット射出速度410m/sにおいて、周波数5Hzで7s間、周波数10Hzで3.5s間の連続射出に成功した。本論文は、装置の原理、構造、試験結果等について報告する。

論文

グロー放電洗浄装置

笹島 唯之; 児玉 幸三; 本田 正男; 新井 貴; 正木 圭; 森本 将明*; 高橋 昇龍*

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

グロー放電洗浄は真空容器内に設置した電極を陽極として真空容器との間に印加し、スパッタリング現象を利用して第一壁や真空容器内壁の洗浄を行うものである。グロー放電洗浄を効率的に行うには、真空容器内に設置する電極数を増やしてグロー放電電流を大きくすることが必要である。核融合実験装置の真空容器では、一搬に、計測用ポートに電極を設置するが、JT-60ではグロー放電用に使用できるポート数に制約がある。この問題を解決するため、真空容器の内面を保護するために貼られているタイル(第一壁)を電極として利用する第一壁兼用のグロー放電電極を開発した。本講演では、第一壁グロー放電電極の構造、運転における問題点について報告する。

論文

Stress analysis for the crack observation in cooling channels of the toroidal field coils in JT-60U

玉井 広史; 菊池 満; 新井 貴; 本田 正男; 宮田 寛*; 西堂 雅博; 木村 豊秋; 永見 正幸; 清水 正亜; 大森 順次*; et al.

Fusion Engineering and Design, 38(4), p.429 - 439, 1998/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:65

JT-60トロイダル磁場コイルの冷却管に観測されたクラックの生成・成長のメカニズムを、有限要素法を用いた全体解析及び部分解析により評価、検討した。その結果、コイル導体の半径方向に働く圧縮力により、冷却管コーナー部には局所的にその降伏力を越える応力の集中が見られた。この応力が繰り返し加わることにより、初期クラックが成長し、冷却管からの水浸み出しに至るものと推定される。また、導体半径方向の圧縮力の大きさは、コイルの半径方向の剛性に依存することが判明した。これは、コイル製作当初に行ったプリロードテストにおいて剛性の高かったコイルに冷却管のクラックが観測された事実と一致する。なお、導体に加わる最大応力は許容応力よりも充分小さく、コイルは今後も問題なく使用できることが判明した。

論文

Inspection techniques for JT-60 toroidal field coil cooling pipes

新井 貴; 本田 正男; 小池 常之; 西堂 雅博; 清水 正亜

Fusion Technology 1996, 0, 4 Pages, 1996/00

JT-60では、外径6mのトロイダル磁場コイル(TFC)を18個配置して強磁場(4テスラ)を作りプラズマ実験を行っている。TFCは、交換することが非常に困難であるため、定期的に冷却管等を、その場で調査する技術を開発する必要があった。小断面(8mm$$times$$24mm)で長い配管(約30m)を検査するために2種類の方法を開発した。ひとつは、水浸み出し位置を同定する技術であり、粘性流状態を利用した真空リーク検査を改良したものでソープションスニファー法と呼んでいる。ふたつ目は、直接、水浸み出し箇所を観察することができるファイバースコープを使用する方法である。これらの技術を組合せてTFC冷却管の水浸み出し検査に応用し、適宜、運転に反映している。

論文

Achievement of high fusion triple product in the JT-60U high $$beta$$$$_{P}$$ H mode

森 雅博; 石田 真一; 安東 俊郎; 安納 勝人; 朝倉 伸幸; 安積 正史; A.A.E.van-Blokland*; G.J.Frieling*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; et al.

Nuclear Fusion, 34(7), p.1045 - 1053, 1994/00

 被引用回数:30 パーセンタイル:20(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいて、鋸歯状振動の無い高$$beta$$$$_{P}$$領域の運転にて、高閉じ込め状態の改善が達成された。すなわち、プラズマ周辺部と中心部の両方において閉じ込めが改善している状態(高ポロイダルベータHモード)を実現した。この状態では$$beta$$限界も改善しており、結果として、1.1$$times$$10$$^{21}$$m$$^{-3}$$・keV・sという世界最高の核融合積を達成した。この値は、それまでの値の約2.5倍の進展である。中心イオン温度も37keVに達し、DD反応による中性子発生率も、これまでの値の約2倍に当たる5.6$$times$$10$$^{16}$$s$$^{-1}$$に達している。本論文では、この閉じ込め改善状態(高ポロイダルベータHモード)の特性についても報告する。

論文

Plasma coupling test of RF heating system in JT-60

上原 和也; 池田 佳隆; 三枝 幹雄; 坂本 慶司; 藤井 常幸; 前原 直; 恒岡 まさき; 関 正美; 森山 伸一; 小林 則幸*; et al.

Fusion Engineering and Design, 19(1), p.29 - 40, 1992/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.77

JT-60RF加熱装置のプラズマとの結合試験の様子が述べられている。RF加熱装置は2GHz帯と120MHz帯の高周波加熱装置で合計30MWがJT-60に入射される。全システムは、全系制御システムとリンクしたミニコンピューターで自動的に制御され、RFパワーと位相差があらかじめセットされたプレプログラムに従って、制御される。プラントデーターは装置の状況と把握するのに用いられ、RF入射中に集計、記録できるようになっている。両方の周波数帯の高周波が単独にあるいは中性粒子ビーム(NBI)入射中と連携で入射することが可能で、JT-60の追加熱実験に十分な性能を有することが示された。

論文

JT-60 operation results after its modification for higher plasma current with single null open divertor

近藤 育朗; 堀池 寛; 閨谷 譲; 松川 誠; 安東 俊郎; 芳野 隆治; 新井 貴; 二宮 博正; 山本 正弘; 小池 常之; et al.

Proc. of the 14th Symp. on Fusion Engineering,Vol. 1, p.177 - 180, 1992/00

JT-60は大電流化の改造が行われ(JT-60U)、本年3月末に運転開始したが、今回の改造が、運転挙動にどう反映されているかについて報告する。真空容器は薄板二重構造多円弧型で応力集中を避ける設計となっているが6MAに近いプラズマがディスラプションを起こしたときの挙動をしっかりおさえておく必要がある。その他、C/C材ダイバータの熱集中とエロージョン、そのプラズマ特性への影響、真空容器にベローズがなくなったことによる変位発生のメカニズムの第一壁取付状態との関係、トロイダル磁場コイル補強後の挙動、排気系の半分を撤去したことによる特に放電洗浄に要する時間への影響等について実測データに基づいて評価を行う。

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