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論文

Compensations of beamlet deflections for 1 MeV accelerator of ITER NBI

柏木 美恵子; 谷口 正樹; 梅田 尚孝; 大楽 正幸; 戸張 博之; 山中 晴彦; 渡邊 和弘; 井上 多加志; DeEsch, H. P. L.*; Grisham, L. R.*; et al.

AIP Conference Proceedings 1515, p.227 - 236, 2013/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:94.55

ITER中性粒子入射装置(NBI)用の5段多孔多段(MAMuG)加速器では、1MeV, 40Aの重水素(D$$^-$$)負イオンビームを1時間に渡り生成する。しかし、電子抑制用の磁場やビーム間に働く反発力でビームが大きく偏向して電極に衝突し、高い熱負荷を生じて運転を妨げることが問題となっていた。そこで3次元のビーム軌道解析を用いて、孔軸をずらしたり金属突起を付けることで、ビーム偏向と逆方向にビームを曲げる電界の歪みを形成してビーム偏向を補正する方法を検討した。磁場によるビーム偏向については、引出し部の直径17mmの孔をわずか0.6mm変位させて電界の歪みを形成することでビーム発散角を維持したまま補正できることを明らかにした。またビーム間の反発による偏向に対しては、引出部裏の多孔領域周辺に取り付けた金属板の厚みを3mmまで増やし、孔位置から徐々に遠ざけて30mmの位置に設置したとき、弱い電界の歪みで緩やかにビーム軌道を曲げて、発散角を維持したままビーム偏向を補正できることを示し、これらの結果をITERの設計に反映させた。

論文

Beam optics in a MeV-class multi-aperture multi-grid accelerator for the ITER neutral beam injector

柏木 美恵子; 谷口 正樹; 梅田 尚孝; DeEsch, H. P. L.*; Grisham, L. R.*; Boilson, D.*; Hemsworth, R. S.*; 田中 政信*; 戸張 博之; 渡邊 和弘; et al.

Review of Scientific Instruments, 83(2), p.02B119_1 - 02B119_3, 2012/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:45.39(Instruments & Instrumentation)

ITER中性粒子入射装置(NBI)用の5段多孔多段(MAMuG)加速器では、1MeV, 40A, 3600秒の重水素(D$$^{-}$$)負イオンビームが要求されている。この高エネルギー,大電流加速器では、ビーム間/ビームグループ間の空間電荷反発,電子抑制用磁場、さらには電極支持枠が作る電界の歪みによりビームが大きく偏向する。加速器実現に向けては、このビーム偏向を補正して、電極へのビーム直接衝突による入熱を抑制することが必要不可欠である。そこで、3次元ビーム解析において、電極支持枠も考慮した大規模な解析モデルを構築して320本のビームレットを一斉に解き、これらのビームの偏向量を調べて、補正方法を検討した。その結果、厚さ1mmの電界補正板、1mmの孔ズレ付き電子抑制電極で偏向を補正できることを示した。

論文

Results of the SINGAP neutral beam accelerator experiment at JAEA

DeEsch, H. P. L.*; Svensson, L.*; 井上 多加志; 谷口 正樹; 梅田 尚孝; 柏木 美恵子; Fubiani, G.*

Fusion Engineering and Design, 84(2-6), p.669 - 675, 2009/06

 被引用回数:12 パーセンタイル:65.67(Nuclear Science & Technology)

CEA Cadarache and JAEA Naka have entered into a collaboration under the ITER task agreement in order to test a SINGAP accelerator at the JAEA Megavolt Test Facility (MTF) at Naka, Japan. Whereas at the CEA testbed the acceleration current was limited to 0.1 A, at JAEA 0.5 A is available. This allows the acceleration of 15 beamlets in SINGAP to be tested and a direct comparison between SINGAP and MAMuG to be made. High-voltage conditioning in the SINGAP configuration has been quite slow, with 581 kV in vacuum achieved after 140 hours of conditioning. With 0.1 Pa of H2 gas present in the accelerator 787 kV could be achieved. SINGAP accelerates electrons to a higher energy than MAMuG. Measurements of the power intercepted on one of the electron dumps have been compared with EAMCC code calculations. Based on the experiments described here, electron production by a SINGAP accelerator scaled up to ITER size was estimated to be too high for comfort.

論文

R&D progress of the high power negative ion accelerator for the ITER NB system at JAEA

柏木 美恵子; 谷口 正樹; 大楽 正幸; DeEsch, H. P. L.*; Grisham, L. R.*; Svensson, L.*; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; 坂本 慶司; et al.

Nuclear Fusion, 49(6), p.065008_1 - 065008_7, 2009/06

 被引用回数:22 パーセンタイル:67.14(Physics, Fluids & Plasmas)

原子力機構では、多孔多段(MAMuG)加速器を用いてITERの中性粒子入射装置(NBI)に向けた加速器R&Dを進めており、エネルギー796keV,電流値0.32A(電流密度140A/m$$^{2}$$)の水素負イオン加速に成功した。この後、最初の長パルス実験として、550keV, 131mAの水素負イオンビームを用い、運転時間を0.2秒から5秒に伸ばすことに成功した。また、ITERのタスク協定の下、単孔単段(SINGAP)加速器試験を実施した結果、真空耐電圧がMAMuGより200kVも低く、多量の電子が加速されることが明らかとなり、原子力機構が開発してきたMAMuG加速方式がITER NBIの加速器に採用されることとなった。3次元ビーム軌道計算においては、電極の孔ずれによるビーム偏向法が、ビームの空間電荷反発の補正、及びビーム集束に有効であることを明らかにした。

論文

Status of the ITER heating neutral beam system

Hemsworth, R. S.*; Decamps, H.*; Graceffa, J.*; Schunke, B.*; 田中 政信*; Dremel, M.*; Tanga, A.*; DeEsch, H. P. L.*; Geli, F.*; Milnes, J.*; et al.

Nuclear Fusion, 49(4), p.045006_1 - 045006_15, 2009/04

 被引用回数:344 パーセンタイル:99.77(Physics, Fluids & Plasmas)

ITER中性粒子ビーム入射(NB)装置は、過酷な放射線環境中で運転され、かつITERからの中性子によって放射化する、核融合炉と同様の条件と制約のもとで稼動する最初のNB装置となる。ITER NB装置は単一の大型イオン源と加速器を用いて、1MeV, 40AのD$$^{-}$$イオンを3600秒間にわたり加速する。最近4年間で以下の設計変更がなされた。(1)天井クレーンによってビームライン機器の保守と交換を可能とした。(2)フィラメントを用いたイオン源に代えてRF駆動イオン源を参照設計に採用した。(3)イオン生成電源と引出し電源を、従来NB装置の上階に設置したSF6ガス絶縁HVデッキから、トカマク建屋外の大気絶縁HVデッキに移した。本論文は以上の設計変更を含む2008年12月時点での設計の現状を報告する。

論文

Development of 1 MeV H$$^{-}$$ accelerator at JAEA for ITER NB

谷口 正樹; DeEsch, H. P. L.*; Svensson, L.*; 梅田 尚孝; 柏木 美恵子; 渡邊 和弘; 戸張 博之; 大楽 正幸; 坂本 慶司; 井上 多加志

AIP Conference Proceedings 1097, p.335 - 343, 2009/03

This paper reports the recent activities at JAEA for the development of 1 MeV H$$^{-}$$ ion accelerator toward ITER NBI. For the development of MAMuG accelerator, 320 mA H$$^{-}$$ ion beam was successfully accelerated as the highest record in the world at the MeV class energy (796 keV). This was achieved by protecting the H$$^{-}$$ ion source from the high heat load by the backstream positive ions, which was produced during the high current H$$^{-}$$ ion acceleration. The SINGAP accelerator was tested at JAEA to compare the performance of the SINGAP and the MAMuG concept. The SINGAP accelerator was installed at the MeV test facility in JAEA and the beam acceleration test was performed. The MAMuG showed better performance in voltage holding capability and electron acceleration. From the results of this test, it was determined to select the MAMuG as the baseline accelerator for ITER NBI.

論文

Results of the SINGAP neutral beam accelerator experiment at JAEA

DeEsch, H. P. L.*; Svensson, L.*; 井上 多加志; 谷口 正樹; 梅田 尚孝; 柏木 美恵子; Fubiani, G.*

AIP Conference Proceedings 1097, p.353 - 363, 2009/03

原子力機構とCEAカダラッシュは、原子力機構の所有するMeV級イオン源試験装置を用い、共同で単孔単段(SINGAP)加速器の試験を実施した。CEAの試験設備容量は0.1Aであるのに対し、原子力機構では0.5Aまでの試験が可能である。これにより15本のH$$^{-}$$ビームレットをSINGAPに入射して加速し、原子力機構が提唱する多孔多段(MAMuG)加速器との直接比較が可能となる。SINGAPは高電圧保持のためのコンディショニングの進展が遅く、140時間を費やしても581kV, H$$_{2}$$を0.1Pa導入しても787kV保持するのがやっとであり、MAMuGと比較して200kV低い電圧しか保持できなかった。ビーム発散角については、ITER要求値である5mradを満足した。SINGAPの最大の問題点は、MAMuGよりも多量の電子を高エネルギーまで加速してしまうことであり、本試験の結果からITERでの電子加速量を見積もると高すぎてとても許容できないことを明らかにした。

論文

Optimization of the accelerators for the ITER neutral beam injector project

Antoni, V.*; Agostinetti, P.*; Cavenago, M.*; DeEsch, H. P. L.*; Fubiani, G.*; Pilan, N.*; Serianni, G.*; Veltri, P.*; NBI RFX Team*; 柏木 美恵子; et al.

Proceedings of 18th International Toki Conference on Development of Physics and Technology of Stellarator/Heliotrons en route to Demo (ITC-18) (CD-ROM), p.149 - 152, 2008/12

ITERでは二つの中性粒子入射装置(NBI)を用いて33MWの加熱パワーをITERに投入するために、1MeV, 40Aの重水素負イオンビームを作る加速器が必要とされている。ITER NBI用負イオン加速器開発においては、単孔単段加速器との比較試験を通じて多孔多段加速器が採用された。またNBIの試験を迅速に進めるために、パドバに建設予定のNBI試験装置では、RF負イオン源を最適化試験を実施する計画を進めている。加速器の物理設計においては、粒子コードによりイオンや電子の加速、またこれらの粒子とガスや電極との衝突による発生する2次粒子を調べ、これらによる電極熱負荷を解析した。本論文では、負イオン加速に焦点を当てこれら最近のR&D成果について報告する。

論文

High energy, high current accelerator development for ITER NBI at JADA

柏木 美恵子; 谷口 正樹; 大楽 正幸; DeEsch, H. P. L.*; Grisham, L. R.*; Svensson, L.*; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; 坂本 慶司; et al.

Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 8 Pages, 2008/10

ITER用中性粒子入射装置の1MeV負イオン加速器の候補として、原子力機構の多孔多段加速器とCEA Cadaracheの単孔単段加速器が凌ぎを削ってきた。原子力機構では、MeV級イオン源試験装置(MTF)における多段多孔加速器試験においてITER級の高パワー試験を実現した結果、逆流正イオンによる負イオン源ポートの損傷とそれに付随する負イオン電流減少が発現した。そこで負イオン源に逆流正イオン用ビームダンプを取り付けた結果、2007年に796keVで負イオン電流0.32A(電流密度140A/m$$^{2}$$)のビーム加速に成功した。ITER R&Dタスクの下、単孔単段加速器をMTFに取り付け、両加速器の直接的な比較試験を実施した。その結果、高電圧保持と低電子電流加速の利点により、多孔多段加速器がITER NBI加速器として採用されることが決定した。また、同じ多孔多段加速器であるJT-60U加速器モデルで3次元ビームを実施し、ビームレットの空間電荷反発によるビーム偏向を詳細に調べ、引出部出口の孔ずれによりそのビーム偏向を補正できることを明らかにした。

論文

NBI用負イオン源開発における高密度負イオンビーム長パルス生成実験

柏木 美恵子; 雨宮 亨*; 伊賀 尚*; 井上 多加志; 今井 剛; 奥村 義和; 高柳 智弘; 花田 磨砂也; 藤原 幸雄; 森下 卓俊; et al.

第12回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム(BEAMS 2001)報文集, p.37 - 40, 2001/11

核融合プラズマの燃焼,電流駆動に不可欠な中性粒子入射装置(NBI)における負イオン源では、電流の高密度化,長パルス化が重要な開発項目である。日本原子力研究所ではセシウム添加型高密度負イオン源を開発し、仏国・カダラッシュ研究所との共同実験にて負イオンビーム長パルス加速実験を行った。この目的は、ITER-NBIに要求されている高密度負イオン電流(重水素で$$>$$20mA/cm$$^{2}$$,水素負イオンで$$>$$28mA/cm$$^{2}$$)の1000秒間加速を実証することである。セシウム効果を十分に得るため、フィルター磁場を最適化し、プラズマ電極温度を一定に保つことが可能な強制冷却型プラズマ電極を用いた。その結果、高密度水素負イオン電流30mA/cm$$^{2}$$(80秒間)を得た。また水素負イオン18mA/cm$$^{2}$$、重水素負イオン12mA/cm$$^{2}$$で1000秒間の連続加速を達成した。

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