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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

純水の高温領域における抵抗率変化特性の測定

山中 晴彦; 前島 哲也; 照沼 勇斗; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 花田 磨砂也

JAEA-Technology 2014-037, 12 Pages, 2014/12

JAEA-Technology-2014-037.pdf:4.27MB

国際熱核融合実験炉の中核加熱装置である中性粒子入射装置で使用する25$$^{circ}$$Cから高温領域の180$$^{circ}$$Cまでの温度範囲における純水の抵抗率を測定した。抵抗率は温度とともに減少するが、100$$^{circ}$$C以上では、純度が異なる9M$$Omega$$・cmの純水と5M$$Omega$$・cmの純水でもほぼ同じ値で低下することが分かった。180$$^{circ}$$Cにおける抵抗率は0.36M$$Omega$$・cmであり、この値は理論純水の計算値と良い一致を示すことを確認した。

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。

口頭

JT-60負イオン生成電源の長パルス運転

佐々木 駿一; 遠藤 安栄; 照沼 勇斗; 花田 磨砂也; 小島 有志

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、超伝導トカマクを利用して高性能プラズマを長時間保持するために、JT-60Uに超伝導コイルを用いたJT-60SAへ改修する計画が進められている。本計画に従って、負イオン源を利用した中性粒子加熱装置(N-NBI装置)においては、既設の電源やビームライン機器等を改造し、現在の定格入射時間10秒を100秒へ更新することが要求されている。電源設備に関しては、既存の短パルス用電源設備を必要最小限の改造で長パルス入射に対応する。既に一部電源の長パルス化改造を実施しており、今回、長パルス化改造済みの電源の長パルス実証試験及び改造未実施の電源の限界試験を実施した。本発表では、JT-60SAに向けたN-NBI用負イオン生成電源の改造及び長パルス実証試験の結果について報告する。

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

NBシステムの調達活動の現状

戸張 博之; 花田 磨砂也; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 大楽 正幸; 山中 晴彦; 前島 哲也; 梅田 尚孝; 阿部 宏幸; 照沼 勇斗; et al.

no journal, , 

原子力機構はITER計画における日本国内機関として、イタリア・パドバに建設中ITER中性粒子入射装置実機試験施設(NBTF)の調達を実施している。NBTFはITERに先立ち1MeV, 40Aの負イオンビーム加速技術の確立を実証するための試験施設であり、日本は、1MV絶縁変圧器や直流発生器等の加速電源高電圧部、及び絶縁フィードスルーの役割を担うHVブッシングの調達を担当している。いずれの機器もITERに不可欠な高電圧機器であるが、実現のためには既存の技術レベルをはるかに超えた要求があったため、要素技術開発を進めてきた。1MV絶縁変圧器に関しては2重構造の碍子を用いた絶縁方式を新たに考案し、HVブッシングに関しては世界最大のアルミナセラミック絶縁管の成形技術とロウ付け技術を開発し、それぞれ要求満たすための要素技術を確立した。これらのR&D及び詳細設計を進展させ、2012年より調達を開始した。2013年より機器製作が開始され、現在予定通り進んでいる。2015年までに機器製作を完了させ、2016年にはパドバのNBTFサイトへの輸送、並びに据え付けを実施し、2017年中の運転開始の予定である。

口頭

ITER中性粒子入射装置電源の調達の進展

山中 晴彦; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 前島 哲也; 花田 磨砂也; 照沼 勇斗

no journal, , 

ITERではプラズマ加熱・電流駆動装置の建設に先立ち、実機と同一仕様のNB試験装置(NBTF)をイタリア・パドバに建設する。これらNB装置には、これまでにない-1MV, 60A, 3600秒出力の直流超高圧大出力電源システムが必要であり、日本はこの電源システムの高電圧機器を調達している。特に1MV超高圧発生器、1MV絶縁変圧器、1MVの電送ライン、直流フィルター、冷却水を1MVの絶縁をして供給する高電位デッキなど、これまでに未経験の超高圧機器であり、R&Dを実施しながらその設計を進めてきた。これまでに伝送系、絶縁変圧器、高電位デッキに関する開発を行い、絶縁性能を確認し設計のデータベースを確立した。現在、それらのデータを反映しつつ、-1MV伝送ラインや直流フィルターなどの機器の設計を終えて製作に着手する段階である。

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

ITER中性粒子入射装置用電源の超高電圧絶縁設計と開発

前島 哲也; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 山中 晴彦; 照沼 勇斗; 梅田 尚孝; 大楽 正幸; 戸張 博之; 山下 泰郎*; 柴田 直樹; et al.

no journal, , 

日本はイタリア・パドバに建設中のITER中性粒子入射装置試験施設(NBTF)用-1MV高電圧電源の調達を進めている。これまでに直流-1MVの伝送ライン、5段構成の直流発生器の低圧側3段分、直流フィルター、-1MV絶縁の純水冷却水供給系等の超高電圧機器の詳細設計を終了し工程通りITER機構のレビューを受けて製作に着手した。これら主要機器の絶縁設計、機械強度設計について報告するとともに、設計のために必要であった、-1MV電位部への高温純水の絶縁特性の実験についても報告する。

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

ITER中性粒子入射装置1MV電源の品質向上に向けた高温純水の電気特性試験

山中 晴彦; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 前島 哲也; 照沼 勇斗; 梅田 尚孝; 大楽 正幸; 戸張 博之; 花田 磨砂也

no journal, , 

ITER NBI用-1MV直流超高圧電源では、1MV電位の負イオン源へ180$$^{circ}$$Cの高温純水を絶縁して供給する必要がある。純水の抵抗値は、100$$^{circ}$$C以上では理論純水の理論値しかなく、ITER仕様の純水の抵抗値は不明であった。水温制御の向上や絶縁設計確認のためには高温での抵抗値を把握することが必要となり、ITER仕様の純水について100$$^{circ}$$C$$sim$$180$$^{circ}$$Cまでの抵抗率を測定した。その結果、100$$^{circ}$$C以上で測定した5M$$Omega$$cm$$sim$$9M$$Omega$$cm(25$$^{circ}$$C定義)の純水ではほぼ同じ抵抗の低下特性を示し、180$$^{circ}$$Cで0.36M$$Omega$$cmを得た。これにより、ITER NBIの高電圧電源の設計に資する有意義なデーターを取得した。

口頭

Development of DC ultra-high voltage insulation technology for ITER NBI

戸張 博之; 花田 磨砂也; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 小島 有志; 大楽 正幸; 関 則和; 阿部 宏幸; 梅田 尚孝; 山中 晴彦; et al.

no journal, , 

ITERおよびJT-60SAの中性粒子入射装置(NBI)に向けた技術開発の進展を報告する。ITER NBIの高電圧電源用1MV絶縁変圧器開発では、1MVを変圧器から引き出すブッシング開発が課題であった。従来技術では製作不可能な巨大な碍子が必要となったため、新たに絶縁ガスを封入したFRP絶縁管の内部に碍子製の小型コンデンサーブッシングを装着する同軸構造の複合型ブッシングを考案した。これにより安価で入手製の高い1MV絶縁変圧器を実現した。また、直流1MV高電圧導体を真空中に導入するHVブッシング開発では、内部に設置される大面積の円筒電極間の耐電圧特性を詳細に調べ、面積の効果を考慮した絶縁特性をモックアップ試験で明らかにし、HVブッシングの絶縁設計指針を構築した。また、負イオンの長時間生成と加速に向けて、高沸点の流体を用いた負イオン源内のプラズマ電極の温度制御技術の開発、並びに負イオンの偏向を補正する電極を組み込んだ冷却性能強化型負イオン引出部を開発した。その結果、15Aの負イオンビームを100秒生成および従来の2ケタ増となるビームエネルギー密度40MJ/m$$^{2}$$を達成した。

口頭

ITER中性粒子入射装置1MV電源の製作状況と高温純水の電気特性試験

山中 晴彦; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 前島 哲也; 照沼 勇斗; 梅田 尚孝; 大楽 正幸; 戸張 博之; 花田 磨砂也

no journal, , 

ITERプラズマ加熱・電流駆動用中性粒子入射装置(NB)の実現に向けて、ITER実機と同一仕様であるエネルギー1MeV、電流60アンペアの試験施設(NBTF)をイタリア・パドバに建設中である。原子力機構はこのNBTFの機器のうち1MV超高電圧機器 の製作を行っている。原子力機構はこの1MV電源システムの内、超高電圧機器の製作を行っている。この中性粒子の元となる負イオンを生成する負イオン源では電極を180$$^{circ}$$Cの高温に維持するため、高温純水を供給する必要がある。純水の抵抗は温度上昇とともに低下するが、100$$^{circ}$$C以上の高温領域での抵抗値は不明であり設計が成立しない可能性があった。そこで高温高圧水試験装置を利用し、100$$^{circ}$$C$$sim$$180$$^{circ}$$Cまでの抵抗率を測定した。その結果、180$$^{circ}$$Cでの抵抗値は0.36M$$Omega$$・cmであることが分かり、純水供給系の設計を完了できた。

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