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論文

Development of instrumentation and control systems for the ITER diagnostic systems in JADA

山本 剛史; 橋本 慰登*; 北澤 真一; 谷塚 英一; 波多江 仰紀; 杉江 達夫; 小川 宏明; 竹内 正樹; 河野 康則; 伊丹 潔

Fusion Engineering and Design, 96-97, p.1012 - 1016, 2015/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:54.36(Nuclear Science & Technology)

日本国内機関では、ITER計画において6種類のプラズマ計測装置の調達を担当している。原子力機構では、ITER標準ソフトウェアを用いて、統括制御機能、シーケンス制御管理機能及びデータ収集機能を含むITER計測装置用計装制御システムを開発した。統括制御機能は、センサーの健全性検査、計測条件の設定及び計測条件間の一貫性検査といった計測のための内部処理を管理する。我々は、Python言語を用いてフローチャートからEPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)のコードを生成するツール及びシーケンス制御管理機能を開発した。EPICSは、運転手順のトリガー及び進行を示すために使用される。シーケンス制御管理機能は、EPICSを用いてプラント状態の変化を監視することにより、運転手順の進行を管理する。EPICSと運転手順の関連付けは、上記ツールにより自動的に行われる。我々は、熱電対計測システムに関して、上記の計装制御システムの性能を検証した。また、さらに複雑な計測装置向けに本設計を適用していく予定である。

論文

Design study of a wide-angle infrared thermography and visible observation diagnostic on JT-60SA

神谷 健作; 伊丹 潔; 竹内 正樹; 江野口 章人*

Fusion Engineering and Design, 89(12), p.3089 - 3094, 2014/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.23(Nuclear Science & Technology)

JT-60SAにおける第一壁およびダイバータを監視するための赤外および可視光同時測定可能型超広角視野エンドスコープの開発について報告する。トーラス内部の広範囲を観測するために光学系の視野角は約80度で数cm程度の空間分解能が得られる設計とした。先端部光学系にピンホール、球面および平面ミラーを組み合わせることでブラインドスポットの無い光学設計解が得られ、集光された像は平行光束としてクライオスタット外へ約4m伝送する。赤外光はカセグレン光学系で集光し赤外カメラで検出し、またミラーで一部分岐された可視光はリレー光学系で伝送し可視カメラで検出する。光学設計ソフトを用いた光線追跡の結果、ピンホールから約7.6mの位置における空間分解能は、赤外および可視光学系ともに1-2cm程度であることを確認した。本光学系における主要収差の原因についても議論する。

論文

Development of the supervisory systems for the ITER diagnostic systems in JADA

山本 剛史; 橋本 慰登*; 芹沢 保典*; 稲本 修治*; 佐藤 和義; 杉江 達夫; 竹内 正樹; 河野 康則

Fusion Engineering and Design, 89(5), p.532 - 535, 2014/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.23(Nuclear Science & Technology)

計測装置は、ITERのプラズマ制御や物理研究に欠かすことができない。ITER計測装置の統括制御システムは、ITERの中央制御システムからの指令に基づき、計測装置内の機器の制御を管理する重要なシステムである。著者らは、ITERの規格・基準に従いながら、計測装置の制御に関する要求事項を満たす統括システムを設計した。ITERでは、制御システムの構築にEPICSと呼ばれる制御・通信ライブラリを用いることとなっている。著者らは計測装置内の機器の運転の手順をフローチャートで記述し、それをEPICSへ変換する機能を考案した。これにより運転手順の容易な記述と制御システムの製作者の誤りをできる限り回避することが可能となった。また、中央制御システムとの規定された通信手順を基本に、計測装置に必要な機器の較正のために中央制御システムの制御指令を内部で模擬する機能及び計測機器の設定情報を管理するデータベースを設計した。さらに、ITERや計測機器の運転状態に対応して機器の運転制限値や機器間のインターロックを切り替える仕組みを提案した。

論文

Development of divertor IR thermography for ITER

竹内 正樹; 杉江 達夫; 小川 宏明; 石川 正男; 嶋田 恭彦; 草間 義紀

Plasma and Fusion Research (Internet), 8(Sp.1), p.2402147_1 - 2402147_5, 2013/11

ダイバータIRサーモグラフィーはITER計画において日本が調達する計測装置の一つであり、その概念設計の進展について報告する。光学系に関して、ミラーサイズを小さくし、迷路構造を設けることで計測要求の空間分解能と中性子遮蔽をともに満たす新しい光学系の設計を進めている。必要とされる測定精度を実現するために、検出信号と各種ノイズ(制動放射光,検出器ノイズ,光学部品の熱ノイズ等)を評価した。制動放射光は600$$^{circ}$$C以下の低温領域を除き、検出光よりも低くなる見通しである。壁からの反射光については、光学シミュレーションソフト「LightTools」を用いた計算を開始した。観測信号からダイバータ板の表面温度分布を導出する詳細なデータ処理方法、光学系のその場校正手法等の結果についても議論する。

報告書

研究用原子炉JRR-3の2次冷却設備冷却塔の保守管理

福島 学; 大和田 稔; 太田 和則; 竹内 真樹; 後藤 真悟; 今橋 正樹; 寺門 義文

JAEA-Technology 2010-028, 24 Pages, 2010/09

JAEA-Technology-2010-028.pdf:1.01MB

研究用原子炉JRR-3の2次冷却系設備の一つに冷却塔がある。冷却塔は、炉心等で発生した熱を2次冷却設備を介して、大気に放散する設備である。JRR-3の共用運転を開始して以来、冷却塔の点検保守を定期的に実施し原子炉の安全安定運転を行ってきた。これまで、2次冷却材温度の制御方式として、送風機の運転台数を増減する方式としてきたが、運転台数が増減した直後は、一時的に2次冷却材温度が変動し、その結果熱出力も変動する事象が生じていた。これに対し、送風機の回転数を連続的に調整するように改良することで、外気温の変動が原子炉熱出力の安定性に与える影響を緩和することができた。本報告書は、これまで実施してきた冷却塔の保守管理及び送風機回転数の制御方式の改良について具体的に記述するとともに、点検記録をまとめ、今後の保守管理に活用できるようにしたものである。

報告書

JRR-3熱交換器ボール洗浄方式の効率化の検討

太田 和則; 池亀 吉則; 大和田 稔; 福島 学; 大場 敏充; 竹内 真樹; 今橋 正樹; 村山 洋二

JAEA-Technology 2008-023, 31 Pages, 2008/03

JAEA-Technology-2008-023.pdf:3.3MB

JRR-3熱交換器はシェルアンドチューブ型であり、管側を2次冷却材が流れる構造となっている。洗浄方法はボール洗浄方式であり、高圧力で流れる2次冷却材中に混入させたスポンジボールによって伝熱管内部の汚れを剥離する方法である。熱交換器の性能低下は、1次冷却材炉心出口温度の上昇をもたらし、原子炉の安全安定運転に影響を与えるおそれがある。これまでの洗浄データをもとに、熱交換器洗浄方法の効率化の検討を行った。その結果、最適な洗浄ボールの種類や洗浄時間の決定方法等が明らかとなった。

報告書

高速実験炉「常陽」第4回定期点検報告書; 電源設備定期点検時のプラント操作

寺門 嗣夫*; 小林 三郎*; 星野 勝明*; 竹内 則彦*; 松本 正樹*; 藤枝 清*; 青木 裕*

PNC-TN9410 87-202, 1 Pages, 1987/07

PNC-TN9410-87-202.pdf:79.52MB

電源設備点検時のプラント状態設定にあたっては、原子力プラント特有の問題、すなわち、機能を完全に停止することが許されない系統があること、電源構成が複雑多岐になっていること等を十分検討した上で決定する必要がある。本報告書は、高速実験炉「常陽」第4回定期点検期間中の昭和59年1月9日から1月23日、3月21日から26日にかけて実施した電源設備定期点検時のプラント操作、経験及び今後の点検時に反映すべき項目についてまとめたものである。

口頭

アルヴェン固有モード減衰機構における運動論的効果

松永 剛; 東井 和夫*; 池田 亮介*; 竹内 正樹*; 武智 学; 中島 徳嘉*; 福山 淳*

no journal, , 

高エネルギー粒子によって不安定化されるアルヴェン固有モード(AE)は、高エネルギー粒子自身の損失を引き起こし、自己点火を困難にする可能性がある。そこでAEの減衰機構の解明を目的に、核融合科学研究所のCHS装置で、プラズマに磁場摂動を与えその応答から減衰率を評価する手法を開発し計測を行った。さまざまな電子温度及び密度で計測を行い、電子熱速度がアルヴェン速度を超えると減衰率が急激に大きくなることを観測した。これは電子の運動論的効果によるものであると考えられる。実験結果及び理論モデルとの比較の詳細を報告する。

口頭

JRR-3ヘリウム圧縮機Vリング装置部の一部改良

石崎 勝彦; 太田 和則; 竹内 真樹; 今橋 正樹; 福島 学

no journal, , 

平成21年度の施設定期自主検査期間中にヘリウム圧縮機の分解点検を実施した後、シールオイルレベルが漏えいする事象が発生した。原因調査の結果、Vリング装置の部品の取り付け不良により内部部品が上下に微動し、それにより微小に変形した部品によりシールオイルを閉じ込める機能が損失し、シールオイルの漏えいが発生することがわかった。対策としてVリング装置の一部をよりシール性の高い部品に変更したこと及び取り付けを確実にするため部品を追加した。

口頭

Progress in ITER diagnostics development in Japan, 1

草間 義紀; 石川 正男; 近藤 貴; 小川 宏明; 岩前 敦; 杉江 達夫; 竹内 正樹

no journal, , 

ITER計画で日本が調達するマイクロフィッションチェンバー(MFC)とダイバータ不純物モニターの開発の進展について報告する。MFCのその場感度較正は真空容器内に中性子源を導入して行うが、その際、MFCを取り巻く環境が運転中のそれと同じであることが極めて重要である。今回、ブランケットモジュールの冷却水の影響を中性子輸送解析により評価した。冷却水がない場合には感度較正係数が2倍になり、その場感度較正の際には冷却水配管が水で満たされている必要があることが明らかとなった。ダイバータ不純物モニターなどの分光計測においては、ダイバータ板や真空容器第一壁による光の反射が計測に及ぼす影響を評価することが重要な課題になっている。ITERのダイバータバッフルで使用させるものと同じタングステンブロックを用い、同ブロック表面での双方向反射分布関数の測定を行った。ブロックの表面にできている線状の機械加工痕に垂直方向にレーザーを入射すると、反射光は入射面内で線状の軌跡を描き、加工痕に平行方向にレーザーを入射した場合には、反射光は円弧を描くという特徴的な分布を持つことが明らかとなった。光学設計ソフトでシミュレーションを行ったところ、これらの二つの反射光のイメージは、測定結果と定性的によく一致することがわかった。

口頭

Progress in ITER diagnostics development in Japan

草間 義紀; 近藤 貴; 石川 正男; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 林 利光; 小野 武博; 河野 康則; 今澤 良太; 小川 宏明; et al.

no journal, , 

ITER計画において我が国が調達を担当する6つの計測装置(マイクロフィッションチェンバー,周辺トムソン散乱計測装置,ポロイダル偏光計,ダイバータ不純物モニター,ダイバータ熱電対,ダイバータ赤外サーモグラフィー)の開発並びに計測装置設計に不可欠な中性子輸送解析,上部計測ポートプラグ設計の進展について報告する。

口頭

Development of impurity influx monitor (divertor) for ITER

小川 宏明; 岩前 敦; 杉江 達夫; 竹内 正樹; 草間 義紀

no journal, , 

ITER計画で日本が調達するダイバータ不純物モニターについて、最新の設計検討及び試作試験の結果を報告する。(1)光学系の新設計:これまでの検討により、核融合反応で生成するヘリウムの微弱なスペクトル線を、高速に測定(時間分解能1ms)することは困難であることが示されている。これを解決するために、高純度フッ化カルシウム及び石英製の色消しレンズを組合せたリレー光学系を設計した。その結果、受光側の開口数を約4倍まで増加させることができ、微弱なスペクトルの測定に見通しを得た。(2)タングステン材の反射特性の測定・評価:ダイバータドーム及びバッフル板に使用されるタングステン材からの反射光の影響を評価することを目的として、タングステン材の双方向反射分布関数の測定及び評価を行った。ITER用のタングステン材の表面には、表面加工時の切削痕があり、切削方向と垂直に光を入射した場合には、反射光のパターンは直線状となった。一方、平行に光を入射した場合には、反射光のパターンは円弧状となり、その曲率半径は、入射角が大きくなるに従って小さくなった。レーザー顕微鏡で観測したタングステン材の実際の表面形状を用いてシミュレーション(光線追跡)を行ったところ、上記の測定結果と定性的に一致する反射光のパターンを再現できた。今後、照度解析ソフトを用いて、さらに詳細に検討を進める予定である。

口頭

Progress in ITER diagnostics development in Japan

河野 康則; 近藤 貴; 石川 正男; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 今澤 良太; 小川 宏明; 杉江 達夫; 竹内 正樹; 佐藤 和義; et al.

no journal, , 

ITER計画において日本が調達する6つの計測装置の開発について進展を報告する。主な内容は以下の通り。(1)マイクロフィッションチェンバー:MIケーブルの真空フィードスルー部の試作を行い、真空リーク量はITERの要求を満足することを確認した。(2)周辺トムソン散乱計測装置:真空容器内のレーザービームダンプ及びポートプラグ内光学機器の設計を進めるとともに、電子温度の非等方性を診断するための新しい測定法を提案した。(3)ポロイダル偏光計:プラズマ立ち上げ時及びプラズマ燃焼時における電流分布計測精度を評価し、ITERの計測要求を満足するために必要な偏光計測精度を明らかにした。(4)ダイバータ不純物モニター:水平ポート光学系について、出射瞳径を大きくするとともに、耐放射線性の高い色消しレンズを採用した設計を行い、期待できる検出光量を従来より16倍増加させた。(5)ダイバータ熱電対:外側ダイバータターゲット側面への熱電対の固定方法に関する試作試験を開始した。(6)ダイバータIRサーモグラフィー:観測ポートが、従来のダイバータポートから水平ポートに変更されることに対応し、解決すべき課題の整理を行うとともに、概念設計を開始した。

口頭

Design of IR thermography for divertor in ITER

竹内 正樹; 杉江 達夫; 小川 宏明; 草間 義紀

no journal, , 

ITERのダイバータ用IRサーモグラフィーの物理検討と概念設計を進めている。物理研究のために、ダイバータ板の表面温度が200-1000$$^{circ}$$Cで2ms、1000-3600$$^{circ}$$Cで0.02msの高い時間分解能及び3mmの高い空間分解能が求められている。本計測装置は赤外領域の波長3$$mu$$mと5$$mu$$mの2色検出系及び1-5$$mu$$mを波長30点,空間100点で計測する分光検出系からなっている。水平ポートに設置する二つの光学系を用いて、最も近い内側ダイバータ板と9.9m離れた外側ダイバータ板それぞれを観測する。光学系の開口の大きさによる回折の影響やダイバータ板からの発光強度等について物理検討を行った。3mm以下の空間分解能を実現するため、外側及び内側ダイバータ板を観測する場合に、開口の直径はそれぞれ20mm以上,10mm以上が必要となることを明らかにした。

口頭

Progress of impurity influx monitor (divertor) for ITER

小川 宏明; 岩前 敦; 杉江 達夫; 竹内 正樹; 草間 義紀

no journal, , 

ITERダイバータ不純物モニターはITER計画で日本が調達する計測装置である。微弱なスペクトル線を高時間分解能(1ms)で測定するために新しい光学設計を行った。従来のミラーのみを使用した光学設計では集光光学系のミラーが大きくなるため、高純度フッ化カルシウムと石英製の色消しレンズを組合せたリレー光学系を設計した。その結果、集光光学系のミラーの大きさを変えることなく受光側の開口数を4倍に増大することができ、微弱なスペクトル線の測定の見通しを得た。ITERの光学計測では壁での光の反射が測定に与える影響が懸念されている。そこでダイバータ不純物モニターの測定に最も影響を与えると考えられる実機のダイバータドームやバッフルに使用するタングステン材表面の双方向反射分布の測定と評価を行った。表面には、加工時の切削痕があり、切削方向と垂直に光を入射した場合には反射光は直線状となり、平行に光を入射した場合には反射光は円弧状となった。レーザー顕微鏡で観測したタングステン材の表面形状を用いて光線追跡を行ったところ、上記の測定結果と定性的に一致する反射光の分布を再現できた。今後、照度解析ソフトを用いて、壁の反射が測定に与える影響を詳細に検討する予定である。

口頭

Progress in ITER diagnostics development in Japan

河野 康則; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 杉江 達夫; 竹内 正樹; 小川 宏明; 今澤 良太; 小野 武博; 近藤 貴; 石川 正男; et al.

no journal, , 

ITER計画において日本が調達する計測装置の開発の進展を報告する。主な内容は以下の通り。(1)周辺トムソン散乱計測装置: 原型YAGレーザー装置の開発を進め、ITERの要求性能(出力:5J、繰り返し:100Hz)を上回る性能(出力:7.66J、繰り返し:100Hz)を達成した。光学素子数が少ない新型ポリクロメーターを考案し、電子温度及び電子密度の計測精度向上に見通しを得た。(2)ダイバータサーモグラフィー: ダイバータ板の温度計測における空間分解能の評価を行い、視野の中心部ではITERの要求性能である3mmを満足する初期結果を得た。(3)ポロイダル偏光計: 光源遠赤外レーザー光を計測室からポートプラグまで伝送する光学装置の設計を行い、建屋をはじめ他設備との取合い検討を進めた。(4)ダイバータ不純物モニター: 上部ポートプラグ内光学機器の機械設計を行い、充分な冷却性能が得られることを示した。(5)マイクロフィッションチェンバー: ITER機構との間で調達取決めを締結し、おもに真空容器内機器を対象とする予備詳細設計を開始した。

口頭

ITERダイバータ不純物モニター及びIRサーモグラフィーの開発と壁での反射の影響の評価

竹内 正樹; 杉江 達夫; 小川 宏明; 草間 義紀; 海老澤 克之*; 若林 邦朗*; 成相 恭二*; 谷本 亜紀*; 清原 元輔*

no journal, , 

ITER計画において、日本が調達する計測装置であるダイバータ不純物モニター及びダイバータIRサーモグラフィーの概念設計の進展について報告する。ダイバータ不純物モニターに関して、新しく設計した上部ポート及び水平ポートの光学系に対して機械設計及び熱・構造解析を行い、上部ポートに設置する先端部光学系は十分な冷却能力を有していることが明らかになった。また、その場校正に用いるマイクロレトロリフレクターをつけたシャッターについて、その機構を簡素化するための設計を行った。ダイバータIRサーモグラフィーに関して、空間分解能を評価するために内側用光学系での光線追跡によるスポットダイアグラムの直径と検出器のピクセルの大きさを比較検討した。その結果、1-4$$mu$$mの波長域では、ダイバータ板上で要求されている3mmの空間分解能が得られる見通しである。また、光学シミュレーションソフト「Light Tools」を用いて壁での反射の影響の評価を始めており、その初期結果も報告する。

口頭

Development of divertor IR thermography for ITER

竹内 正樹; 杉江 達夫; 小川 宏明; 石川 正男; 嶋田 恭彦; 草間 義紀

no journal, , 

ITER計画において、日本が調達する計測装置であるダイバータIRサーモグラフィーの概念設計の進展について報告する。計測要求に基づき光学系の概念設計を行い、その性能を評価した。ダイバータ観測視野角は外側用で2.5$$^{circ}$$、内側用で4.0$$^{circ}$$として、外側及び内側ダイバータ板とバッフルを十分に広く観測できるものとした。空間分解能は観測する波長に対する依存性があるものの、視野中心部において計測要求の3mmを満たすものとした。また、光学系のミラーの核発熱は第1ミラーを除き0.1W/cc以下となり、冷却できる見通しを得ている。今後、空間分解能と中性子遮蔽が両立する光学系の最適化,光学系の透過率や観測面の放射率の校正手法の開発及び機械設計等の課題に取り組んでいく。

口頭

Recent design of impurity influx monitor (divertor) for ITER

小川 宏明; 杉江 達夫; 竹内 正樹; 草間 義紀

no journal, , 

ITERダイバータ不純物モニターは上部,水平,ダイバータポート及びダイバータカセットに5つの光学系を設置し、ITERのダイバータプラズマから放射されるスペクトル線を測定する計測装置である。受光量の増加を目指して実施した上部ポート及び水平ポート光学系の光学系設計に合わせて先端部光学系の機械設計及び核発熱量を仮定して熱解析を実施した。設計に際してはミラー表面の熱伸びができるだけ均一になるよう冷却流路を配置した。その結果、ミラー表面での熱伸び量の差を0.2mm以下に抑えることができ、熱伸びによる光学性能に対する影響をできるだけ小さくすることができた。発表では、このほかにポートの設計統合に関する問題点及び今後のスケジュールについても議論する。

口頭

Development of divertor IR thermography for ITER

竹内 正樹; 杉江 達夫; 小川 宏明; 石川 正男; 嶋田 恭彦; 伊丹 潔

no journal, , 

ITER計画において日本が調達する計測装置の一つであるダイバータIRサーモグラフィーの開発を進めている。計測要求に基づいて、システム設計,光学設計,検出光子数の評価を行った。検出系は二色系と分光系からなり、ダイバータの表面温度はこれらのデータを組合せて導出する予定である。内側と外側のダイバータ板を観測する2つの光路を設け、ダイバータ板上で3mmの空間分解能を満たすようにした。光学系においてドッグレッグ構造を作ることで、インタースペースでの停止後線量率を従来の光学系のそれから約半減させた。また、タングステンのような低い放射率を仮定し、検出器における光子数を評価したところ、500$$^{circ}$$C以下の低温領域を除き、3$$mu$$mと5$$mu$$mの波長帯において制動放射光より高い光子数が得られる見通しである。

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