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論文

A Method for the prediction of the dose rate distribution in a primary containment vessel of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station

奥村 啓介; Riyana, E. S.; 佐藤 若英*; 前田 裕文*; 片倉 純一*; 鎌田 創*; Joyce, M. J.*; Lennox, B.*

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 6, p.108 - 112, 2019/01

福島第一原子力発電所(1F)の原子炉格納容器(PCV)内における線量率分布の予測手法を確立するため、以下の一連の計算を行った。(1)事故時の燃料組成を得るための燃焼計算、(2)不純物を含む炉内構造物の放射化計算、(3) IRIDによる事故解析の結果に基づくPCV中のCs汚染分布の推定、(4) PCV内の放射性核種の崩壊計算、(5)線量率を得るための光子輸送計算。これらの計算の後、ドライウェル周辺のCs濃度を、IRIDによるPCV調査で測定された局所線量率の結果と一致するように修正した。

論文

Development of ROV system to explore fuel debris in the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant

鎌田 創*; 加藤 道男*; 西村 和也*; Nancekievill, M.*; Watson, S.*; Lennox, B.*; Jones, A.*; Joyce, M. J.*; 奥村 啓介; 片倉 純一*

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 6, p.199 - 202, 2019/01

福島第一原子力発電所の格納容器(PCV)内の水中燃料デブリ分布を調査するための技術開発として、小型のROVに搭載するソナーシステムの開発実験を行っている。実験は、PCVを模擬し、異なるサイズのソナー、超音波周波数、ビームスキャニング法を用いて、深さの異なる2種類の水槽で実施した。その結果、模擬デブリの形状識別性能と狭い閉空間でのマルチパスによるノイズを特徴付けた。

論文

Development of a radiological characterization submersible ROV for use at Fukushima Daiichi

Nancekievill, M.*; Jones, A. R.*; Joyce, M. J.*; Lennox, B.*; Watson, S.*; 片倉 純一*; 奥村 啓介; 鎌田 創*; 加藤 道男*; 西村 和哉*

IEEE Transactions on Nuclear Science, 65(9), p.2565 - 2572, 2018/09

 パーセンタイル:100(Engineering, Electrical & Electronic)

福島第一原子力発電所の格納容器内に水没した燃料デブリを探査する技術の開発に貢献するため、小型の放射線検出器とソナーを搭載した遠隔水中ロボット(ROV)システムの開発を行っている。線量率モニタリングおよび$$gamma$$線分光法のための臭化セリウム(CeBr$$_{3}$$)シンチレータ検出器をROVに統合し、実験室および水中の両条件で$$^{137}$$Cs線源を用いて実験的に検証した。さらに、IMAGENEX 831Lソナーと組み合わせたROVは、水プール設備の底に置いた模擬燃料デブリの形状およびサイズを特徴付けることができた。

論文

A Remote-operated system to map radiation dose in the Fukushima Daiichi primary containment vessel

Nancekievill, M.*; Jones, A. R.*; Joyce, M. J.*; Lennox, B.*; Watson, S.*; 片倉 純一*; 奥村 啓介; 鎌田 創*; 加藤 道男*; 西村 和哉*

Proceedings of 5th International Conference on Advancements in Nuclear Instrumentation Measurement Methods and their Applications (ANIMMA 2017) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2017/06

福島第一原子力発電所の原子炉内部のマッピングを目的とし、放射線検出器を組み合わせた潜水可能なROVシステムを開発している。$$gamma$$線強度のマップを得るとともに放射性同位体を同定するため、CeBr$$_{3}$$無機シンチレータ検出器をROVに組み込んでいる。ROVは、直径約150mmの円筒形状で、自由度5で制御可能な5つのポンプを持つ2つのエンドキャップを備えている。CeBr$$_{3}$$検出器は、熱中性子束をマッピングすることが可能な$$^{6}$$Liホイルを有する単結晶化学蒸着中性子検出器で置き換えることが可能である。

論文

Dependence of pedestal structure on collisionality at fixed beta in JT-60U

浦野 創; 相羽 信行; 神谷 健作; 鎌田 裕; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 56(1), p.016005_1 - 016005_8, 2016/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:62.22(Physics, Fluids & Plasmas)

トカマクにおける周辺ペデスタル構造は炉心プラズマ全体の閉じ込めや核融合炉の出力に対する境界条件となるため適切な予測とその制御が求められる。これまでに周辺プラズマにおける無次元量による周辺ペデスタル幅の定量化が行われてきており、周辺ペデスタル幅は規格化ポロイダルベータ値の平方根に比例することが知られている。しかし、この無次元量による評価は衝突周波数やプラズマ形状を固定した実験下で行われているため、特に衝突周波数による効果は未だよく分かっていなかった。そこで本研究ではJT-60Uにおいて衝突周波数スキャン実験を実施し、周辺ペデスタル幅の衝突周波数依存性を調べた。衝突周波数を0.04から0.2まで変化させたところ、周辺部で中間域モード数のピーリング=バルーニングモードが不安定化する一方で、周辺ペデスタル幅に大きな差異が見られなかった。しかし、さらに衝突周波数を0.2以上に上げた実験では、周辺ペデスタル幅の増大が観測されており、これは高モード数域のバルーニングモードが不安定化を伴っており、MHD不安定性の発生領域がペデスタル構造に寄与しているという重要な知見を得た。

論文

Effects of toroidal rotation shear and magnetic shear on thermal and particle transport in plasmas with electron cyclotron heating on JT-60U

吉田 麻衣子; 本多 充; 成田 絵美*; 林 伸彦; 浦野 創; 仲田 資季; 宮戸 直亮; 竹永 秀信; 井手 俊介; 鎌田 裕

Nuclear Fusion, 55(7), p.073014_1 - 073014_9, 2015/07

 被引用回数:10 パーセンタイル:28.84(Physics, Fluids & Plasmas)

多くのトカマク装置では電子サイクロトロン加熱(ECH)時に熱や粒子の輸送が増大することが観測されており、ITERではECHを伴う運転シナリオの開発にとって重要な課題となっている。この課題を解決するために、JT-60Uの正磁気シアHモード放電、内部輸送障壁を伴う弱磁気シア放電と負磁気シア放電において、ECH印加時に熱及び粒子輸送が増加しない条件を調査した。その結果、トロイダル回転シアが負の大きい値をとる条件では、電子サイクロトロン加熱時のイオン熱輸送の上昇が抑えられることが分かった。この条件は、イオン温度対電子温度の比や、電子加熱パワーに寄らないことを明らかにした。磁気シアが負の値をとる条件では、その値の大きさに寄らず、電子熱輸送と粒子輸送が増加しないことが分かった。これらの結果は、ITERでのECH加熱シナリオの開発や電子加熱が主体となるITER及び原型炉でのプラズマ輸送特性の予知に重要な知見を与える。

論文

Dependence of pedestal structure on collisionality in JT-60U

浦野 創; 相羽 信行; 神谷 健作; 鎌田 裕; JT-60チーム

Europhysics Conference Abstracts (Internet), 39E, p.P5.146_1 - P5.146_4, 2015/06

トカマクにおける周辺ペデスタル構造は炉心プラズマ全体の閉じ込めや核融合炉の出力に対する境界条件となるため適切な予測とその制御が求められる。これまでに周辺プラズマにおける無次元量による周辺ペデスタル幅の定量化が行われてきており、周辺ペデスタル幅は規格化ポロイダルベータ値の平方根に比例することが知られている。しかし、この無次元量による評価は衝突周波数やプラズマ形状を固定した実験下で行われているため、特に衝突周波数による効果は未だよく分かっていなかった。そこで本研究ではJT-60Uにおいて衝突周波数スキャン実験を実施し、周辺ペデスタル幅の衝突周波数依存性を調べた。衝突周波数を0.04から0.2まで変化させたところ、peeling-ballooningモードで発生したELM周波数の増大及びELMエネルギーパルスの低下が観測された一方で、周辺ペデスタル幅に大きな差異が見られなかった。しかし、さらに衝突周波数を上げた実験では、周辺ペデスタル幅の増大が観測されており、これはinfinite-n ballooningモードでELMが発生しており、MHD不安定性の発生領域がペデスタル構造に寄与しているという重要な知見を得た。

論文

Roles of argon seeding in energy confinement and pedestal structure in JT-60U

浦野 創; 仲田 資季; 相羽 信行; 久保 博孝; 本多 充; 林 伸彦; 吉田 麻衣子; 鎌田 裕; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 55(3), p.033010_1 - 033010_9, 2015/03

 被引用回数:13 パーセンタイル:19.51(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60UにおけるHモードプラズマへのアルゴン入射効果を調べた。従来のHモードでは密度の増加とともに閉じ込め性能は低下するが、アルゴン入射によって閉じ込め劣化を回避することができる。特に高密度領域ではアルゴン入射によって電子密度分布は中心ピーク型となり、周辺及びコア部の温度が上昇する。アルゴン入射時にはELM周波数が大きく低減するが、これは主プラズマ領域での放射損失の増大によりセパラトリクスを通過するパワーが減少するためである。アルゴン入射による周辺プラズマ圧力自体の増加は小さいことが分かった。

論文

Boundary condition for toroidal plasma flow imposed at the separatrix in high confinement JT-60U plasmas with edge localized modes and the physics process in pedestal structure formation

神谷 健作; 本多 充; 浦野 創; 吉田 麻衣子; 鎌田 裕; 伊藤 公孝*; JT-60チーム

Physics of Plasmas, 21(12), p.122517_1 - 122517_8, 2014/12

 被引用回数:11 パーセンタイル:34.79(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uトカマク装置において、セパラトリックスを含むプラズマ周辺部における完全電離炭素イオンプラズマのトロイダル流をモジュレーション荷電交換分光(MCXRS)計測器を用いて高精度かつ高空間及び高時間分解能で評価した。ELMy Hモードプラズマのセパラトリックス位置におけるトロイダル回転速度は零では無く外部運動量入射方向依存性が存在するが(co-NBIで-8km/s、ctr-NBIで-19km/s)、ELMによっては大きく影響は受けないことが明らかになった。また観測された有限値の境界トロイダル回転速度はセパラトリックス近傍における高速イオンのリップル損失に起因すると考えられる負の径電場と相関があり、そのシア構造は数100kV/m$$^{2}$$以下の非常に弱い正のシア構造をもつことが分かった。トロイダル回転及び径電場のペデスタル構造構造形成過程の理解の進展についても議論する。

論文

Edge radial electric field formation after the L-H transition on JT-60U

神谷 健作; 松永 剛; 本多 充; 宮戸 直亮; 浦野 創; 鎌田 裕; 居田 克巳*; 伊藤 公孝*; JT-60チーム

Contributions to Plasma Physics, 54(4-6), p.591 - 598, 2014/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:54.02(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60U装置において観測されたL-H遷移における径電場構造について報告する。本発表では、無次元量であるポロイダルマッハ数に着目し、通常のトカマク型装置において観測される閉じ込め時間よりも十分短い時間スケールのL-H遷移現象とJT-60Uで観測される閉じ込め時間程度の長い時間スケールのL-H遷移現象を比較する。さらに、長い時間スケールのL-H遷移に続いて観測されるHモード中における短い時間スケールの多段階電場遷移のメカニズムについて、同一条件でもHモード中の多段階電場遷移現象の無い場合とプラズマ分布や乱流状態を詳細に比較することで、その発生条件を探り、また理論モデルとも比較する。

論文

Role of seed impurity for H-mode plasmas in JT-60U

浦野 創; 仲田 資季; 相羽 信行; 久保 博孝; 本多 充; 吉田 麻衣子; 林 伸彦; 鎌田 裕; JT-60チーム

Europhysics Conference Abstracts (Internet), 38F, p.P4.018_1 - P4.018_4, 2014/06

JT-60UにおけるHモードプラズマへのアルゴン入射効果を調べた。従来のHモードでは密度の増加とともに閉じ込め性能は低下するが、アルゴン入射によって閉じ込め劣化を回避することができる。特に高密度領域ではアルゴン入射によって周辺及びコア部の温度が上昇し、電子密度分布は中心ピーク型となる。アルゴン入射時にはELM周波数が大きく低減するが、これは主プラズマ領域での放射損失の増大によりセパラトリクスを通過するパワーが減少するためである。アルゴン入射による周辺プラズマ圧力自体の増加は小さいことが分かった。

論文

Measurements of neutron capture cross section for $$^{207,208}$$Pb

瀬川 麻里子; 藤 暢輔; 原田 秀郎; 北谷 文人; 小泉 光生; 深堀 智生; 大島 真澄*; 岩本 信之; 岩本 修; 初川 雄一; et al.

AIP Conference Proceedings 1594, p.339 - 344, 2014/05

Pb isotopes represent a sensitive test for models of $$s$$-process nucleosynthesis, since the decomposition of the complex abundance pattern in these mass regions is difficult to be accounted for by classical $$s$$-process model. Main neutron capture processes, the $$s$$- and $$r$$-processes, attribute to the origin of the isotopes in this mass region. As the aspects of neutron sources of the $$s$$-process, Gallino et al. reported that $$^{13}$$C($$alpha$$, n) neutron source which is burning radiatively at $$kT$$ = 8 keV play an important role on $$s$$-process nucleosynthesis. Hence, in the present study, an anti-Compton NaI(Tl) spectrometer and highly enriched samples are used to determine the $$gamma$$-ray energy spectra from the (n, $$gamma$$) reaction. This NaI(Tl) spectrometer makes it possible to detect the discrete $$gamma$$-ray from the reaction to the low-lying states in $$^{207,208}$$Pb. We give results both neuron capture cross sections for $$^{207,208}$$Pb to obtain the pulse height spectra using NaI(Tl) spectrometer with time of flight method in the wide neutron energy range from 10 to 100 keV. The Maxwellian averaged capture cross sections for $$^{207,208}$$Pb are determined in the astrophysical relevant energy region.

論文

Hydrogen isotope effects on ITG scale length, pedestal and confinement in JT-60 H-mode plasmas

浦野 創; 滝塚 知典*; 相羽 信行; 菊池 満; 仲野 友英; 藤田 隆明; 大山 直幸; 鎌田 裕; 林 伸彦; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 53(8), p.083003_1 - 083003_8, 2013/08

 被引用回数:15 パーセンタイル:26.34(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60Uにおいて軽水素・重水素Hモードプラズマのエネルギー閉じ込め特性を調べた。重水素のエネルギー閉じ込め時間は軽水素のそれより約1.2-1.3倍長いことがわかった。プラズマ熱エネルギーを一定にした比較を行った場合、密度・温度分布が両者で一致したが、一方で軽水素時には高パワー入力を要した。そのときの軽水素のイオンの熱伝導流束は重水素時の約2倍であった。したがって、軽水素のイオン熱拡散係数も同様に約2倍に増加した。重水素のイオン温度勾配特性長は軽水素時と比較して約1.2倍程度短くなることを示した。また、ペデスタル圧力は水素同位体種によらず全ポロイダルベータによって決まることを示した。コア部の温度分布はペデスタル温度が境界条件となって決まり、一方でペデスタル圧力は全ポロイダルベータで決まるため、重水素時の短いITGスケール長によるコア部の高温化がコア部及びペデスタル部を含めた全領域での閉じ込め改善を引き起こしていることを示した。

論文

Temporal and spatial responses of temperature, density and rotation to electron cyclotron heating in JT-60U

吉田 麻衣子; 井手 俊介; 竹永 秀信; 本多 充; 浦野 創; 小林 貴之; 仲田 資季; 宮戸 直亮; 鎌田 裕

Nuclear Fusion, 53(8), p.083022_1 - 083022_10, 2013/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:72.63(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60装置の閉じ込め改善モード(H-mode)のプラズマと内部障壁(ITB)を有するプラズマにおいて、電子サイクロトロン加熱(ECH)時のイオン系と電子系の応答特性と輸送について調べ、以下のことを明らかにした。ECHにより電子温度は上昇し、イオン温度は減少する。イオン温度の減少するタイムスケールは、H-modeにおいてはECH入射位置で短く、ITBプラズマにおいてはITBの形成位置で短い。ECHのパワーが増加すると、イオンの熱輸送係数と電子の熱輸送係数はともに増加する。電子密度がピークしている場合に、ECHによる電子密度の減少が起こる。トロイダル回転速度は、ECHを入射すると零回転からプラズマ電流とは逆方向に変化する特性を持つ(ECHによる自発回転の存在)。この回転の変化は、イオン温度の減少や電子温度の上昇のタイムスケールより2倍以上長い。ECH入射付近では、トロイダル回転速度の変化と電子温度の変化は相関しているのに対して、トロイダル回転が変化する半径位置は電子温度やイオン温度が変化する位置より広い。

論文

Dependence of heat transport and confinement on isotopic composition in conventional H-mode plasmas in JT-60U

浦野 創; 滝塚 知典*; 菊池 満; 仲野 友英; 藤田 隆明; 大山 直幸; 鎌田 裕; 林 伸彦; JT-60チーム

Proceedings of 24th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2012) (CD-ROM), 8 Pages, 2013/01

JT-60Uにおいて軽水素・重水素Hモードプラズマのエネルギー閉じ込め特性を調べた。重水素のエネルギー閉じ込め時間は軽水素のそれより約1.2-1.3倍長いことがわかった。プラズマ熱エネルギーを一定にした比較を行った場合、密度・温度分布が両者で一致したが、一方で軽水素時には高パワー入力を要した。そのときの軽水素のイオンの熱伝導流束は重水素時の約2倍であった。したがって、軽水素のイオン熱拡散係数も同様に約2倍に増加した。重水素のイオン温度勾配特性長は軽水素時と比較して約1.2倍程度短くなることを示した。

論文

Effects of local toroidal field ripple due to test blanket modules for ITER on radial transport of thermal ions

大山 直幸; 浦野 創; 篠原 孝司; 本多 充; 滝塚 知典; 林 伸彦; 鎌田 裕; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 52(11), p.114013_1 - 114013_9, 2012/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:80.51(Physics, Fluids & Plasmas)

ITERのテストブランケットモジュール(TBM)に起因する局所トロイダル磁場リップルが熱化イオンの径方向輸送に与える影響を完全3次元磁場起動追跡モンテカルロコード(F3D-OFMC)を使って調べた。ITERプラズマ条件下でのシミュレーションの結果、TBMの個数を増加すると、TBMに起因する局所トロイダル磁場リップルによる粒子損失が線形に増加することがわかった。一方、1つのTBMポートにおける局所磁場リップルの値を増加させた場合、粒子損失の増加はとても急であった。粒子損失量の比較から、ITERプラズマ条件であるTBMポート三か所は、1つのTBMポートのリップル率を1.7倍に増加したことに対応する。

論文

Energy confinement of hydrogen and deuterium H-mode plasmas in JT-60U

浦野 創; 滝塚 知典*; 藤田 隆明; 鎌田 裕; 仲野 友英; 大山 直幸; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 52(11), p.114021_1 - 114021_10, 2012/11

 被引用回数:10 パーセンタイル:45.26(Physics, Fluids & Plasmas)

軽・重水素Hモードプラズマのエネルギー閉じ込め特性を調べた。同一加熱パワー条件下において、重水素の蓄積エネルギーは軽水素の約1.7-2.0倍であった。同一の蓄積エネルギーでは、軽水素で必要なパワーは重水素の約1.7倍であり、同一の電子密度,電子温度,イオン温度の空間分布が得られた。セパラトリクスを通過するパワーを一定にすると、軽水素のELM周波数は重水素の約2倍であった。また、重水素のペデスタル圧力は軽水素の約2倍であり、特に周辺温度の増加によるものである。ペデスタル圧力は全ポロイダルベータに比例する関係が得られ、これは同位体の種類に依存しないことがわかった。

論文

Modifications to the edge radial electric field by angular momentum injection in JT-60U and their implication for pedestal transport

神谷 健作; 本多 充; 宮戸 直亮; 浦野 創; 吉田 麻衣子; 坂本 宜照; 松永 剛; 大山 直幸; 小出 芳彦; 鎌田 裕; et al.

Nuclear Fusion, 52(11), p.114010_1 - 114010_12, 2012/10

 被引用回数:9 パーセンタイル:49.26(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60UのNBI加熱プラズマにおけるType-I ELMy Hモードの周辺径電場構造について報告する。径電場は荷電交換分光計測による炭素イオンのトロイダル、ポロイダル及び反磁性フローの径方向の力の釣り合いから評価した。本研究では、NBIによる外部運動量入力方向を変化させた場合のType-I ELM発生直前の電場シアとイオン温度ペデスタル構造との関係に着目している。運動量入射方向に応じてトロイダル流だけでなくポロイダル流の変化が観測された。その結果、co-NBIの場合には電場シア領域が広がり、counter-NBIの場合には電場の井戸が深くなった。電流方向への運動量入射とともにイオン温度ペデスタル幅が広がる事はE$$times$$Bシア領域の拡大結果と矛盾しない。しかし運動量入射方向の違いによって電場シア構造が大きく異なるにもかかわらず最大イオン温度勾配には大きな変化は観測されていない。

論文

The Unified effect of counter-toroidal rotation and power across separatrix on type-I ELMs in JT-60U

浦野 創; 大山 直幸; 神谷 健作; 相羽 信行; 鎌田 裕; 藤田 隆明; JT-60チーム

Nuclear Fusion, 52(10), p.103012_1 - 103012_7, 2012/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:86.92(Physics, Fluids & Plasmas)

逆方向トロイダル回転とセパラトリクスを通過するパワーによるType-I ELM特性に対する統合的効果をJT-60U装置を用いて調べた。実験はプラズマ電流に対して順方向、無回転、逆方向の接線NBを入射し、その後垂直NBを用いたパワースキャンを実施した。ELM周波数はセパラトリクスを通過するパワーをとともに単調増加したが、垂直NBの入射時には比例関係よりも強い依存性が観測された。これは、垂直NBを入射すると、周辺部でのトロイダル回転速度を逆方向へシフトすることが原因であり、周辺トロイダル回転速度を一定にするとELM周波数は、接線NBの入射方向によらず、セパラトリクスを通過するパワーに比例することがわかった。

論文

Small ion-temperature-gradient scale length and reduced heat diffusivity at large hydrogen isotope mass in conventional $$H$$-mode plasmas

浦野 創; 滝塚 知典*; 菊池 満; 仲野 友英; 林 伸彦; 大山 直幸; 鎌田 裕

Physical Review Letters, 109(12), p.125001_1 - 125001_5, 2012/09

 被引用回数:13 パーセンタイル:31.02(Physics, Multidisciplinary)

標準的Hモードプラズマにおけるイオン温度勾配特性長に対する水素同位体質量依存性をJT-60Uトカマクで調べた。軽・重水素プラズマで同一の密度・温度分布が得られたが、同一の熱化蓄積エネルギーを維持するために必要な軽水素時のイオン熱伝導流束は重水素時に対して2倍となった。同時に、同一のイオン温度勾配特性長に対して軽水素時のイオン熱拡散係数は重水素時の2倍であった。イオン熱拡散係数同一の条件下では、重水素時のイオン温度勾配特性長は軽水素時のそれよりも短くなることがわかった。

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