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石仙 茂晴; 吉田 麻衣子; 東條 寛
JAEA-Technology 2015-041, 26 Pages, 2016/02
JAEA-Technology-2015-041.pdf:8.03MB
JT-60SAのプラズマ計測に利用されるポートプラグの観測窓の前面には、放電洗浄や調整放電時の蒸着膜形成などによる窓の汚損を防ぐため、シャッターが設置される。これまで2つのタイプのシャッターを設計してきた。一つは軽いシャッター板(0.5kg)を駆動する回転式シャッターであり、もう一つは重いシャッター板(3kg)を駆動する上下動式シャッターである。両シャッターとも真空中で動作することから、摺動部の摩擦係数が増加して動作不良や機器の損壊を生じることが懸念される。ここでは、シャッターの開閉機構を模擬する試験機を製作し、これを真空中で繰返し動作させる試験を行って、耐久性、摺動部の磨耗状態、摩擦係数の変化を調査するとともに、現開閉機構の設計が妥当であるか評価を行った。軽いシャッター板を駆動する回転式シャッターについては、実機の想定開閉回数分(4,000回)の繰返し動作に耐え、設計が妥当であることを確認した。一方、重いシャッター板を駆動する上下動式シャッターについては、摺動部の摩擦係数が増加して試験機の駆動が困難となり、摺動部品を摩擦係数の増加を抑える素材にするか、摺動部の構造を軸棒とベアリングを組合わせたプーリ方式に変更し摺動を無くした設計にする必要があることが分かった。
福本 正勝; 宮田 良明; 東條 寛
プラズマ・核融合学会誌, 91(5), P. 371, 2015/05
2015年3月4日から6日にかけて、第18回「若手科学者によるプラズマ研究会」(日本原子力研究開発機構・核融合研究開発部門・先進プラズマ研究部主催)を那珂核融合研究所で開催した。本研究会の目的は、将来の核融合研究を担う若手科学者が分野横断的なネットワークを広げることである。今回の研究会では、異なる分野の計測・制御技術に接するため、「プラズマ計測・制御技術の結集」と題して、核融合プラズマに限らず幅広いプラズマの計測・制御技術の講演を呼びかけた。研究会では、8件の招待講演と17件の一般講演があり、活発な議論が行われた。
東條 寛; 山田 一博*; 安原 亮*; 谷塚 英一; 舟場 久芳*; 波多江 仰紀; 林 浩*; 伊丹 潔
Review of Scientific Instruments, 85(11), p.11D865_1 - 11D865_3, 2014/11
被引用回数：2 パーセンタイル：10.37(Instruments & Instrumentation)In incoherent Thomson scattering diagnostics, stray light of the incident laser, which is frequently generated at the vacuum windows, also causes wrong evaluations of the signal intensities. Because the laser goes through the vacuum windows many times in a double-pass (or multi-pass) scattering system, complicate temporal structures can be seen in the output signals. In this paper, Singular Value Decomposition (SVD) is applied to the output signals in a Thomson scattering diagnostic on Large Helical Device (LHD). The analyzed data were all measured signals for each one spectral channel over one plasma shot. Some noises were filtered and Te was evaluated within good accuracies especially in the second pass (forward scattering). We compared the errors in Te (0.8 - 1.3 keV) from the noise-filtered and from non-filtered data. Use of the filtered data enables suppressing the error in Te measured from the second pass by a factor of 
0.5 at the most.
東條 寛; 波多江 仰紀; 濱野 隆; 佐久間 猛; 伊丹 潔
Journal of Instrumentation (Internet), 8(12), p.C12025_1 - C12025_13, 2013/12
被引用回数：3 パーセンタイル：16.20(Instruments & Instrumentation)For collection optics for the edge measurements in a JT-60SA Thomson scattering diagnostic, a compact Petzval-like lens system with smaller lenses (200 mm in diameter) is designed so that the stop position is the middle area of the system, which is effective to miniaturize the lens size. Use of two flat mirrors placed in the middle area enables preventing interferences with the space limit. Generally, the angle (
) between the scattering plane determined from the collection optics position and the laser polarization angle should be equal to 90
. Otherwise the measured intensity of scattered light decays with . We optimized the angle so that enough intensity is provided for both collection optics positions for the edge and core measurements. It was found that the minimum error in 
was given at a condition with 
for edge optics (
for core optics).
東條 寛; 波多江 仰紀; 濱野 隆; 佐久間 猛; 伊丹 潔
Review of Scientific Instruments, 84(9), p.093506_1 - 093506_8, 2013/09
被引用回数：3 パーセンタイル：16.20(Instruments & Instrumentation)Collection optics for the core measurements in a JT-60SA Thomson scattering have been designed. The collection optics will be installed in a limited space and have a wide field of view and a wide dynamic range. Two types of the optics are therefore suggested: refraction and reflection collection optics. The good optical resolutions for the reflection and refraction types are both sufficient for the requirements about the physics study, i.e. 0.3 mm and 0.6 mm, respectively. The efficiencies are also compared. As a result, good measurement accuracy ( 5%) even in high electron temperature (
30 keV) can be expected in the refraction type.
東條 寛; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 伊丹 潔
Review of Scientific Instruments, 83(10), p.10E346_1 - 10E346_3, 2012/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Instruments & Instrumentation)This paper focuses on a method to measure without knowing transmissivity using Thomson scattering diagnostic with a double-pass scattering configuration. Effect of installation errors about the scattering angle to accuracy in is discussed. Application of this method to measure anisotropic , i.e. about the parallel (
) and perpendicular (
) directions for the magnetic field, is proposed. Although large statistical errors are expected because of correspondences between the scattered spectra from the first and second pass, stable accuracy appears in the area with 
in the core measurements of JT-60SA.
東條 寛; 波多江 仰紀; 伊丹 潔
Journal of Instrumentation (Internet), 7(5), p.C05004_1 - C05004_11, 2012/05
被引用回数：10 パーセンタイル：42.01(Instruments & Instrumentation)This paper presents detailed principles of an in-situ relative calibration method that determine electron temperature () without using optical relative transmissivity and then provide the optical relative transmissivity. The method requires a double-pass scattering system and signal ratio between the two signals from the forward and back scattering in each spectral channel. Statistical simulation results indicates the method suppress a systematic error in without considering chromatic degradation in optical components due to radiation effect. In this new method, scattering angle (
) and are important parameters to evaluate the feasibility. It is found that the method is useful in a range of 
at =10 keV. The statistical error tends to decrease in high measurements regime.
東條 寛; 江尻 晶*; 平塚 淳一*; 山口 隆史*; 高瀬 雄一*; 伊丹 潔; 波多江 仰紀
Journal of Instrumentation (Internet), 7(4), p.P04005_1 - P04005_11, 2012/04
被引用回数：3 パーセンタイル：16.46(Instruments & Instrumentation)This paper presents experimental results of an in-situ calibration method for Thomson scattering diagnostics in the TST-2 spherical tokamak. Usage of a double-pass scattering configuration enables finding the ratio of the output signal from the first (back scattering) pass to that from the second (forward scattering) pass, which can be treated as an independent function of electron temperature. The temperature from this new method shows a good agreement with that obtained by a standard method (single pass). Relative sensitivities among spectral channels can be then obtained from the method without accessing the machines. The sensitivities from this new method correspond to the values obtained from direct measurements within 5% except for a spectral channel with a wide band-pass range. These results demonstrate feasibility of this new in-situ calibration method, which can be applied to Thomson scattering diagnostics in severe radiation condition.
東條 寛; 江尻 晶*; 平塚 淳一*; 山口 隆史*; 高瀬 雄一*; 伊丹 潔; 波多江 仰紀
Review of Scientific Instruments, 83(2), p.023507_1 - 023507_4, 2012/02
被引用回数：11 パーセンタイル：44.86(Instruments & Instrumentation)This paper presents a experimental demonstration to determine electron temperature () with unknown spectral sensitivity (transmissivity) in a Thomson scattering system. In this method, a double-pass scattering configuration is used and the scattered lights from each pass (with different scattering angles) are measured separately. can be determined from the ratio of the signal intensities without a real chromatic dependence in the sensitivity. This method was applied to the TST-2 Thomson scattering system. As a result, measured from the ratio (
) and measured from a standard method (
) showed a good agreement with 
= 7.3%.
relative calibration method for Thomson scattering diagnostics using a double-pass scattering system東條 寛; 波多江 仰紀; 伊丹 潔
Plasma and Fusion Research (Internet), 6, p.1302018_1 - 1302018_3, 2011/05
本論文では、トムソン散乱計測においてダブルパス散乱法を用いた新たなその場相対較正法を提案する。第一パス,第二パスそれぞれの散乱光からの信号の比はプラズマの電子温度に依存することから、各分光チャネルの相対的な透過率を考慮せずに電子温度の評価が可能となる。また、それら各分光チャネルの相対透過率も同時に求めることも可能である。JT-60SAトムソン散乱計測の仕様パラメータに基づいてこの較正法の実現性も評価する。
東條 寛; 波多江 仰紀; 佐久間 猛; 濱野 隆; 伊丹 潔; 相田 善明*; 水藤 哲*; 藤江 大二郎*
Review of Scientific Instruments, 81(10), p.10D539_1 - 10D539_3, 2010/10
被引用回数：10 パーセンタイル：42.45(Instruments & Instrumentation)JT-60SAにおけるトムソン散乱計測のための集光光学系の設計を行った。YAGレーザーをトロイダル接線方向に入射した場合において、4種類のガラス材を集光光学系のレンズに採用し色収差を補正することで、画角が大きく、コンパクトな集光光学系を設計した。集光光学系は3つのポートに取り付けられ、径方向ほぼ全域が計測可能である。また、高空間分解能,高精度を伴うプラズマ周辺部計測に用いるポリクロメータにおいて、使用するバンドパスフィルターの透過波長域パターンの最適化を行った。最適化にはすべての空間チャネルにおける設計パラメータ(集光立体角,散乱角,有効プラズマ長,散乱長)とダブルパスレーザーシステムを採用することが考慮されている。その結果、約5mmの空間分解能で電子温度及び一部の範囲の電子温度の計測が要求されている精度で計測できる見積もりを得た。
東條 寛; 波多江 仰紀; 佐久間 猛; 濱野 隆; 伊丹 潔
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.288 - 293, 2010/08
トムソン散乱計測用の光伝送ファイバー透過率の大幅な損失がJT-60Uの18年間の運転後に確認された。よって、JT-60SAにおいて高温の電子温度を計測するために、ポリクロメータ内のフィルター構成の最適化が必要である。そのために光ファイバーの中性子や
線からの影響を評価する必要がある。本発表では、ポリクロメータ内のフィルター構成の最適化をJT-60SAのプラズマパラメータを対象に行った。計測における電子温度()や電子密度の誤差(相対誤差)の時間発展を、耐放射線ファイバーの使用した場合での見積もりを行い、同時に、JT-60Uにおいて使用された放射線耐性のない光ファイバーを採用した場合の相対誤差も算出し、耐放射線ファイバーとの比較を行った。耐放射線ファイバーでの
10keVにおける平均相対誤差の時間発展は運転開始から11年程で35%から1%程度しか増加しない。しかし、JT-60Uでのファイバーを使用した場合、平均相対誤差は78%程度で、特に温度によっては相対誤差が10%を超える場合もあり測定が困難になりうることがわかった。
N(n,)
N reaction as a -ray intensity standard up to 11 MeV宮崎 格*; 坂根 仁*; 高山 寛和*; 笠石 昌史*; 東條 暁典*; 古田 昌孝*; 林 裕晃*; 末松 倫*; 楢崎 裕道*; 清水 俊明*; et al.
Journal of Nuclear Science and Technology, 45(6), p.481 - 486, 2008/06
被引用回数：6 パーセンタイル：38.49(Nuclear Science & Technology)N(n,)N反応で放出する主要線の絶対強度を0.31.0%の精度で決定した。測定は、KURの中性子導管を用いて実施した。窒素のサンプルとしては、液体窒素及び重水置換メラミンを使用した。測定結果を従来の測定値と比較し、従来の測定データの問題点を指摘した。また、数MeV以上の線エネルギーにおいて、線検出効率の測定値とシミュレーションコードの計算結果に系統的な差の存在することを見いだし問題提起した。
東條 寛; 波多江 仰紀; 佐久間 猛; 濱野 隆; 篠原 孝司; 伊丹 潔; 相田 善明*; 水藤 哲*; 藤江 大二郎*
no journal, ,
JT-60SAのトムソン散乱計測の集光光学系の概念設計を行った。計4種のガラス材を含んだ7-9枚のレンズからなる屈折系光学系を採用し、色収差を抑制した(解像度は1mm以下)。また集光光学系を計3つのポート(P1, P2, P5)に設置することで、径方向ほぼ全域の計測が可能になる見込みを得た。集光光学系はクライオスタットから真空容器ポートまでアクセスするポートプラグ内に収納する必要がある。プラズマ電流が5MA/8msの時間スケールで減少するディスラプションを想定した場合、板厚30mmで、ポートプラグ先端部から500mm程度の領域まで0.1MA/m
のオーダーの渦電流が生じると考えられている。先端部の板厚を20mmにすることで、渦電流が流れにくく、最大主応力が設計応力以下に抑える設計が可能となった。
荒川 弘之; 笹尾 一; 東條 寛; 河野 康則; 伊丹 潔
no journal, ,
JT-60SAのプラズマ生成制御では、長時間(約100秒)に渡り高精度な電子密度データをリアルタイムで計測することが必要不可欠である。このため、JT-60SAにおいては、実績のあるJT-60Uでの接線入射レーザー干渉・偏光計システムを基本としつつ、より安定な計測システムを開発中である。本発表では、開発中のJT-60SAにおける干渉・偏光計測システムの概要と、JT-60Uの計測データを用いて開発したエラー補正法を示す。この他、既存のシステムに依存しない、より安定な計測システムについての検討結果である、3つの異なる波長のレーザーを用いた手法や、光周波数コムレーザーを用いた手法についても発表する。
東條 寛; 波多江 仰紀; 佐久間 猛; 濱野 隆; 伊丹 潔; 江尻 晶*; 平塚 淳一*; 山口 隆史*; 高瀬 雄一*
no journal, ,
JT-60SAでの電子温度と電子密度はトムソン散乱計測によって計測される。YAGレーザー(約3 J)を赤道面上でトロイダル接線方向に入射させ、複数の集光光学系を利用することによって、プラズマ径方向全域の分布計測が可能となる。しかし、従来のプラズマ中心部計測用集光光学系の設計は、直径400mmの大型レンズを9枚組合せたものであり、製作が困難なことが判明した。製作が容易な小型(直径200mm)の高屈折率材質レンズを3枚組合せることで、集光効率が同等となる新たな光学系を考案した。JT-60SAでは厳しい放射線環境による光学部品の劣化から、透過率変化が起き、電子温度の誤評価を招く問題点がある。本発表では、ダブルパス散乱計測を用いた透過率変化に影響されない電子温度評価手法とその原理実証実験結果についても報告する。さらに、集光光学系を収納するポートプラグに設置予定のシャッターやヒートシンクの構造についても報告を行う。
東條 寛; 波多江 仰紀; 佐久間 猛; 濱野 隆; 伊丹 潔
no journal, ,
In JT-60SA, electron temperature () and density will be provided by Thomson scattering diagnostic. A YAG laser ( 3J) will be injected tangentially to the toroidal direction on the equatorial plane so that the whole radial profile can be measured. However, space for collection optics is limited by port-plug accessing to the vacuum vessel. For the core measurements, refraction collection optics using nine large lenses (400 mm diameter) with four glass materials was suggested. However, some large lenses were too large to fabricate. To avoid this problem, a triplet lens system within 200 mm diameter was designed. Design of the port-plug head including shutter and heat sink has been also performed. Severe radiation condition changes transmissivities of optical components and cause wrong estimations in . Use of a double-pass scattering system makes possible in-situ relative calibration among the spectral channels and correct estimations.
河野 康則; 杉江 達夫; 小川 宏明; 東條 寛; 谷塚 英一; 今澤 良太; 波多江 仰紀; 濱野 隆; 佐久間 猛; 竹内 正樹; et al.
no journal, ,
日本原子力研究開発機構(JAEA)におけるプラズマ計測装置の開発の進展について報告する。主な内容は以下の通り。(1) ITERダイバータ赤外サーモグラフィーの設計の現状、(2) ITERダイバータ不純物モニターの設計の現状、(3) JT-60SAトムソン散乱計測装置の集光光学系の設計の改良、(4) ITER周辺トムソン散乱計測装置用レーザービームダンプの設計・解析の進展、(5)レーザー偏光法を用いた磁場、電子密度分布及び電子温度分布の同時計測法の考案
東條 寛; 波多江 仰紀; 伊丹 潔
no journal, ,
JT-60SAトムソン散乱計測のプラズマ中心計測用集光光学系は、ポートプラグ内の限られた設計空間に設置され、散乱光を像位置に置かれた光ファイバーに入射させる役割を担う。しかしこれまでの検討では、蛍石やF2の大型レンズを用いており、製作に困難を生じる。上記の問題を回避するために、製作困難な大型レンズを使用しない反射型及び屈折型の2種類の光学系の概念設計を行った。反射型光学系は、真空窓直後のミラー2枚,補正レンズ(合成石英,直径360mm),大型球面ミラー(主鏡),補正レンズ前面に蒸着したミラー(副鏡)から成る。しかし、総合集光効率は副鏡による口径食や主鏡のサイズ限界の影響により、大型レンズを使用した従来の光学系に比べ、83%(光軸付近), 66%(視野端付近)となることがわかった。屈折型光学系は、製作が比較的容易な小型レンズ3枚(直径200mm以下)で構成されたトリプレットレンズ方式を採用した。副鏡がないことと、レンズ数を大幅に減らしたことにより、総合集光効率は、96%(光軸付近)、110%(視野端付近)となった。この光学系は、大型レンズを用いたものと同等の集光効率を持つ有力な代替案となることがわかった。
谷塚 英一; 安原 亮*; 山田 一博*; 波多江 仰紀; 東條 寛; 舟場 久芳*; 伊丹 潔
no journal, ,
ITERの周辺トムソン散乱計測装置では、光学系の分光透過率が経時変化し、それに伴い、電子温度に系統的な測定誤差が生じることが懸念されている。分光透過率を即時較正するために、計測用のYAGレーザーと同期させて波長の異なるルビーレーザーを入射し、2種類のトムソン散乱光の強度比を用いる較正手法を開発している。大型ヘリカル装置(LHD)で予め較正したトムソン散乱計測装置を用い、同手法の実証試験を行う予定である。信号の見積もりの結果、電子温度が2keVから5keVのプラズマを生成したときに精度よく本較正手法の実証試験ができる見込みであることが分かった。さらに、トムソン散乱計測におけるデータ解析手法の拡張として、プラズマ中の電子速度分布関数の非等方性測定実験を進めている。これまでに解析を行った電子温度1keV以下のプラズマでは、電子速度分布に非等方性は現れておらず、等方的であることを示唆している。今後、測定配置の改良を行い、プラズマの温度・密度領域及び加熱手法に対する非等方度の解析を進め、電子速度分布に非等方性が現れる条件を探索する。
