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小川 宏明; 杉江 達夫; 河西 敏*; 勝沼 淳*; 原 玲丞*; 武山 芸英*; 草間 義紀
Fusion Engineering and Design, 83(10-12), p.1405 - 1409, 2008/12
被引用回数：15 パーセンタイル：66.71(Nuclear Science & Technology)ダイバータ不純物モニターは、ITERのダイバータ部から発光する不純物イオン,重水素及びトリチウムのスペクトル線の強度分布を測定し、不純物制御及びダイバータ制御に使用するデータを提供するための計測装置である。これまで進めてきた光学設計をもとに、シャッターを含めた先端部光学系の機械設計を行い、ITERで想定される核発熱を仮定した熱解析を行った。その結果、十分な冷却流路を確保し、ミラーホルダーを熱伝導率の高い銅合金で製作することにより、ミラーを熱伝導のみで冷却できることを明らかにした。本モニターでは、広い波長範囲(200
1000nm)で色収差を補正したカセグレン型集光光学系やマイクロ光学素子(マイクロレトローリフレクターアレイ,マイクロレンズアレイ)等の新しい光学機器を使用する光学設計を採用した。そこで、これらの機器の試作・試験を行った。試作したマイクロレトローリフレクターアレイの反射率は17%(波長:400nm)27%(波長:850nm)であり、感度較正に必要な反射光強度が得られる見通しであることを確認した。また、試作したカセグレン型望集光光学系の焦点距離は設計値と2%以内で一致しており、良好な結像特性が得られた。
梶田 信; 波多江 仰紀; 勝沼 淳*; 草間 義紀
JAEA-Technology 2007-064, 60 Pages, 2008/01
JAEA-Technology-2007-064.pdf:5.65MB
ITER周辺トムソン散乱計測装置において、ポートプラグに設置する光学系の設計研究を行った。設計に際しては、核融合反応により発生する中性子や
線など、放射線によって使用可能な光学部品が制限される。プラズマ近傍の先端部光学系では金属ミラーのみ使用可能であり、光学ファイバーは先端部光学系から距離を離して設置される真空窓の外でのみ使用可能となる。本設計研究においては、先端部光学系に三枚の金属ミラーを用い、その後リレー光学系でポート外部へとイメージを伝送する構成とした。ファイバー結合光学系においては、反射方式や屈折方式では十分な性能を得ることができないことが明らかになった。色収差を補正し、かつファイバーの結合特性を向上させるために、反射方式と屈折方式の利点を合わせたカタディオプトリック方式を用いた二つの光学系を設計し、両者のスペックと性能の比較を行った。スポットダイアグラムなどの結果から、カタディオプトリック方式の光学系における結像性能を議論する。
小川 宏明; 杉江 達夫; 河西 敏; 勝沼 淳*; 原 玲丞*; 草間 義紀
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1054_1 - S1054_4, 2007/11
ダイバータ不純物モニターは、ITERのダイバータ部における不純物,重水素及びトリチウムのスペクトル線の強度分布を測定し、不純物制御及びダイバータプラズマ制御にフィードバックするデータを提供するための計測装置である。光学設計に基づき先端部光学系の機械設計を進めた。設計に際しては上部ポート光学系では、内径300mmのパイプ内に光学系を一体で設置することとし、水平ポート光学系では他機器との干渉を避けた分散型の配置とした。熱解析によリ、核発熱による温度上昇を評価したところ、上部ポートでは最大で50
C程度の上昇にとどまっているのに対し、水平ポートでは最大で150Cであった。次に、これらの温度分布より求めた熱歪みが光学性能に与える影響を評価した。その結果、上部ポート光学系では測定位置が約20mm移動する程度であるが水平ポート光学系では測定位置が150mm程度移動することがわかった。一連の解析により、冷却流路を確保しやすい一体型構造の方が除熱の観点からは優れていることが示された。
波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*; 海老沢 克之*; 草間 義紀; 佐藤 和義; 勝沼 淳*; 久保村 浩之*; 信夫 克也*
Fusion Science and Technology, 51(2T), p.58 - 61, 2007/02
被引用回数：6 パーセンタイル：42.5(Nuclear Science & Technology)ITERの周辺トムソン散乱計測装置では、測定領域としてr/a
0.9,電子温度0.0510keV,電子密度5
10
310
m
,測定周期10ms,空間分解能5mmの測定性能が要求されている。本研究では、おもに計測用レーザーシステム,ポートプラグ内光学系(集光光学系,レーザー入射光学系)の検討を行った。計測用レーザーシステムには、波長1064nm,エネルギー5J,繰り返し周波数100Hz,パルス幅10nsの性能が要求される。この要求を満たすため、(1)高効率のCr,Nd:YAGセラミックスの使用,高平均出力レーザー増幅器で誘起される熱的影響はJT-60で実証された位相共役鏡で補正することを検討した。位相共役鏡を効果的に動作させるためには、特に単一縦モード性能が重要であり、レーザーダイオード励起のリング共振器型のレーザー発振器の試作を行った。さらに、フラッシュランプ励起方式ではフラッシュランプの寿命が問題となり、寿命の伸長を図るために、6本のフラッシュランプを内蔵した高平均出力レーザー増幅器の試作を行った。ポートプラグ内光学系はITER工学設計活動(EDA)中に初期検討が行われた。この検討では、(a)プラズマから比較的近い位置にレンズが配置されており、放射線による光学特性の劣化が懸念される。(b)真空境界がポートプラグの中央部に位置しており保守が容易でない、などの問題が考えられる。そこで、真空境界はポートプラグの終端部とし、ポート内光学系の最適化を行った。
小川 宏明; 杉江 達夫; 勝沼 淳*; 河西 敏
JAEA-Technology 2006-015, 119 Pages, 2006/03
JAEA-Technology-2006-015.pdf:7.26MB
ダイバータ不純物モニターは、ダイバータ部における不純物,重水素及びトリチウムのスペクトル線の強度分布を測定し、不純物制御及びダイバータプラズマ制御にフィードバックするデータを提供するための計測装置で、昨年度より本システムの設計検討を実施している。光学設計に際しては、製作性と光軸調整用光学系等他の光学系を容易に組込むことができる利点を考慮して、集光光学系を補正レンズと球面鏡を使用したカセグレンテレスコープへ変更することとした。さらに、トロイダル方向の測定視野を拡げて入射光量の増大を図るため、光ファイバー前面にマイクロレンズアレイを設置する構造とした。以上の変更と真空窓有効径(150mm)との整合性を取り、ポート内での有効径を120mmとして光学設計を行った。その結果、各測定視野においてITERで要求されている空間分解能50mmを満たすことができた。さらに、光軸調整機構及びマイクロリトローリフレクターアレイを使用した感度較正機構についても光学設計を行い、プラズマ測定系と組合せ可能な光学系を構築することができた。本システムで使用する検出器の検討を併せて行い、市販されている2次元検出器とデータ収集系を組合せることにより、ITERで要求されている時間分解能を満たす検出系を構築できることがわかった。なお、本研究は、ITER移行措置活動(ITA)の一環として実施したタスクに基づくものである。
杉江 達夫; 小川 宏明; 勝沼 淳*; 丸尾 光正*; 海老沢 克之*; 安東 俊郎; 北 好夫*; 河西 敏; 西谷 健夫
Review of Scientific Instruments, 70(1), p.351 - 354, 1999/01
被引用回数：10 パーセンタイル：58.84(Instruments & Instrumentation)本システムは、ダイバータ部での不純物粒子の同定と粒子流入束の二次元測定をおもな目的としており、プラズマ制御に欠かせない計測システムの一つである。200nmから1000nmの広い波長領域の光を分光計測する。ここでは、おもにシステムの概念設計、光学設計、及び機械設計の結果について述べる。システムは、目的の異なった三種類の分光器で構成される。(1)不純物の種類をモニターする分光器、(2)粒子束の空間分布を高速測定する分光器、それと(3)イオン温度及び粒子の運動エネルギーを測定する高分散分光器である。二次元測定はダイバータカセット内部にモリブデン製ミラーを設置し、互いに交差する視野で行う。また、光線追跡による解析を駆使して光学系の最適化を行い、ダイバータ全域において約10mmの空間分解能を可能とした。その他、ダイバータでの発光スペクトル線の強度を推定し、測定限界の評価等を行った。
杉江 達夫; 小川 宏明; 勝沼 淳*; 丸尾 光正*; 北 好夫*; 海老沢 克之*; 安東 俊郎; 河西 敏
JAERI-Tech 98-047, 195 Pages, 1998/11
このシステムは、ダイバータ部での不純物粒子の同定と、粒子流入束の二次元測定等を主な目的とし、200nmから1000nmの広い波長領域の光を分光計測する。ダイバータ領域の二次元測定は、ダイバータカセット内部にモリブデン製ミラーを設置し、互いに交差する視野で行う。また、ダイバータカセット間の隙間を利用した視野により、ダイバータ領域の上部半分をX-点まで測定する。今回は、主に光学系の詳細設計、及び機械設計を行った。光学設計では、光線追跡による解析を駆使して、ダイバータ部から分光器までの光学系の最適化を行い、約10mmの空間分解能を可能とした。その他、測定限界、ニュートロンと線照射が観測窓に及ぼす影響、感度較正方法、光軸調整方法、機器のリモートハンドリングの方法、及びデータ処理方法についても検討した。
杉江 達夫; 小川 宏明; 勝沼 淳*; 丸尾 光正*; 海老沢 克之*; 安東 俊郎; 北 好夫*; 河西 敏
Proc. of Int. Workshop on Diagnostics for Experimental Fusion Reactors, p.327 - 336, 1998/00
本モニターシステムは、ダイバータ部での不純物粒子の同定、粒子流入束の二次元測定等を主な目的としておりプラズマ制御に欠かせない計測システムとして、スタートアップセットの中に入っている。システムは、目的に合わせた三つの最適な分光器(不純物の種類をモニターする分光器、流入粒子束の空間分布を高速測定する分光器、イオン温度及び粒子の運動エネルギーを測定する高分散分光器)で構成される。二次元測定はダイバータカセット内部にモリブデン製ミラーを設置し、互いに交差する視野で行う。また、光線追跡による解析を駆使して光学系の最適化を行い、10~15mmの空間分解能を可能とした。その他、測定限界の評価、光ファイバー及び窓の使用限界の検討、第1ミラーの劣化防止対策の検討等を行った。
杉江 達夫; 小川 宏明; 勝沼 淳*; 丸尾 光正*; 安東 俊郎; 河西 敏
JAERI-Tech 96-055, 82 Pages, 1996/12
本システムは、ダイバータ部での不純物粒子の同定、粒子流入束の二次元測定等を行うことを主な目的としており、プラズマ制御に欠かせない計測システムとして、スタートアップセットの中に入っている。今回は、システムの概念設計、光学設計、及び初期的な機械設計を行った。目的に合わせた三つの最適な分光系(不純物の種類をモニターする分光系、粒子束の空間分布を高速測定する分光系、粒子の運動エネルギーを測定する高分散分光系)でシステムを構成した。二次元測定はダイバータカセット内部に金属ミラーを設置し、互いに交差する視野で行う。また、光線追跡による解析を駆使して光学系の最適化を行った結果、ダイバータ部で要求されている3mmの空間分解能は難しいことが判明した。その他、測定限界の評価、光ファイバーの使用限界の検討等を行った。
小川 宏明; 杉江 達夫; 勝沼 淳*; 河西 敏
no journal, ,
ITERダイバータ不純物モニターシステムは、ダイバータ部における不純物,重水素及びトリチウムスペクトル線の分布を測定し、不純物制御及びダイバータプラズマ制御にフィードバックするデータを提供するための計測装置である。昨年度より、本システムの設計検討を実施している。光学設計に際しては、製作性と光軸調整用光学系等他の光学系を容易に組込むことができる利点を考慮して、集光光学系を補正レンズと球面鏡を使用したカセグレンテレスコープへ変更することとし、さらに、トロイダル方向の測定視野を拡げて入射光量の増加を図るため、光ファイバー前面にマイクロレンズアレイを設置する構造とした。以上の変更と真空窓(有効径:150mm)との整合性を取り、ポート内での有効径を120mmとして光学設計を行った。その結果、各測定視野においてITERで要求されている空間分解能(
50mm)を満たすことができた。さらに、ポート内への設計統合を行い、他の機器との干渉のため光学設計の一部を変更したが、設計変更後であってもITERで要求されている空間分解能を満足することを確認した。本システムで使用する検出器の検討を併せて行い、市販されている2次元検出器とデータ収集系を組合せることにより、ITERで要求されている時間分解能を満たす検出系を構築することが可能であることがわかった。なお、本研究は、ITER移行措置活動(ITA)の一環として実施したタスク(ITA55-10)に基づくものである。
小川 宏明; 杉江 達夫; 勝沼 淳*; 河西 敏
no journal, ,
ダイバータ不純物モニターは、ITERのダイバータ部における不純物,重水素及びトリチウムのスペクトル線の強度分布を測定し、不純物制御及びダイバータプラズマ制御にフィードバックするデータを提供するための計測装置で、昨年度より本モニターの設計検討を実施している。光学設計に際しては、製作性と光軸調整用光学系等他の光学系を容易に組込むことができる利点を考慮して、集光光学系を補正レンズと球面鏡を使用したカセグレンテレスコープへ変更することとした。さらに、トロイダル方向の測定視野を拡げて入射光量の増大を図るため、光ファイバー前面にマイクロレンズアレイを設置する構造とした。以上の変更と真空窓有効径150mmとの整合性を取り、ポート内での有効径を120mmとして光学設計を行った。その結果、各測定視野においてITERで要求されている空間分解能50mmを満たすことができた。さらに、光軸調整機構及びマイクロリトローリフレクターアレイを使用した感度較正機構についても光学設計を行い、プラズマ測定系と組合せ可能な光学系を構築することができた。現在、光学設計を確認するためのマイクロ光学素子やカセグレン集光系の試作並びに、実機の製作のために必要な各ポートの先端部に設置する光学ミラーを保持・冷却するためのミラーボックス及びシャッターの機械設計を進めている。講演では一連の設計作業の詳細と今後の予定について発表する。なお、本研究は、ITER-ITAの一環として実施したタスク(ITA 55-10)に基づくものである。
波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*; 海老沢 克之*; 勝沼 淳*; 草間 義紀
no journal, ,
ITERの周辺トムソン散乱計測装置では、測定領域としてr/a0.9,電子温度0.0510keV,電子密度510310m,測定周期10ms,空間分解能5mmの測定性能が要求されている。本研究では、おもに計測用レーザーシステム,ポートプラグ内光学系(集光光学系,レーザー入射光学系)の検討を行った。計測用レーザーシステムは、波長1064nm,エネルギー5J,繰り返し周波数100Hz,パルス幅10nsの性能が要求されている。この要求を満たすため、(1)高効率のCr,Nd:YAGセラミックスの使用,(2)高平均出力レーザー増幅器で誘起される熱的影響はJT-60で実証された位相共役鏡で補正することを検討した。位相共役鏡を効果的に動作させるためには、特に単一縦モード性能が重要であり、レーザーダイオード励起のリング共振器型のレーザー発振器の試作を行った。さらに、フラッシュランプ励起方式ではフラッシュランプの寿命が問題となり、寿命の伸長を図るために、6本のフラッシュランプを内蔵した高平均出力レーザー増幅器の試作を行った。ポートプラグ内光学系はITER工学設計活動(EDA)中に初期検討が行われた。この検討では、(a)プラズマから比較的近い位置にレンズが配置されており、放射線による光学特性の劣化が懸念される、(b)真空境界がポートプラグの中央部に位置しており保守が容易でない、などの問題が考えられる。そこで、真空境界はポートプラグの終端部とし、ポート内光学系の最適化を行った。
小川 宏明; 杉江 達夫; 河西 敏; 勝沼 淳*; 原 玲丞*
no journal, ,
ダイバータ不純物モニターは、ITERのダイバータ部における不純物,重水素及びトリチウムのスペクトル線の強度分布を測定し、不純物制御及びダイバータプラズマ制御にフィードバックするデータを提供するための計測装置であり、本モニターの設計検討を実施している。現在、これまで行ってきた光学設計に基づき各ポートの先端部に設置する光学ミラーを保持・冷却するためのミラーフォルダー及びシャッターの機械設計を進めている。ミラーフォルダーの設計では各ポートで予想される核発熱を除去するための冷却水の流路を確保しながらミラーを堅牢に保持するための最適な構造について設計を進めるとともに、熱解析により温度分布,熱歪みを評価した。その結果、上部ポートに設置する光学系では核発熱0.2MW/m
がある場合であっても温度上昇60C以下でミラー面上の熱延びは0.08mm以下に抑えることができた。熱延びによる光軸の傾きは最大で0.03程度であり、光学設計ソフトによる解析から光学性能に与える影響は小さい。さらに真空中で使用可能なセラミック製のベアリングを用いた機械式シャッターの概念設計を行った。講演では設計の詳細と今後の予定について発表する。
小川 宏明; 杉江 達夫; 河西 敏*; 勝沼 淳*; 原 玲丞*; 武山 芸英*; 草間 義紀
no journal, ,
ダイバータ不純物モニターは、ダイバータ部における不純物,重水素及びトリチウムのスペクトル線の強度分布を測定し、不純物制御及びダイバータプラズマ制御にフィードバックするデータを提供するための計測装置である。光学設計では、集光光学系をカセグレン型光学系とし、その結像面にマイクロレンズアレイを配置してトロイダル方向に測定視野を拡げ、光ファイバーへの入射光量の増加を図った。これらの機器を使用してITERで要求される空間分解能(50mm以下)を満足する設計ができた。次に、光学設計に基づく先端部光学系の機械設計をもとに熱解析を行い、核発熱による先端部光学系の温度分布,熱歪みを解析し、光学性能に与える影響を評価した。その結果、3枚のミラーを一つのモジュールに配置した一体型の上部ポート光学系では測定位置が約20mm移動する程度であるが板状のミラーホルダーを組合せた分散型の水平ポート光学系では測定位置が150mm程度移動することがわかった。一連の解析により、冷却流路を確保しやすい一体型構造の方が除熱の観点からは優れていることが示された。さらに、マイクロレンズアレイ,マイクロレトローリフレクター,カセグレン集光系等の試作を行い、現在、光学性能試験を進めている。
小川 宏明; 杉江 達夫; 河西 敏*; 勝沼 淳*; 原 玲丞*; 武山 芸英*
no journal, ,
ITERダイバータ不純物モニターは、ダイバータ部における不純物、重水素及びトリチウムのスペクトル線の分布を測定し、不純物制御及びダイバータプラズマ制御に使用するデータを提供するための計測装置である。現在、光学機器の機械設計と試作試験を実施している。機械設計では、二重の真空窓を迷路構造とするために使用するミラーの光軸調整機構付きホルダーの設計を行った。このミラー及びホルダーは、高温,高真空,高磁場中に設置される。そのため、ホルダーの回転軸にジルコニウム製の滑り軸受けを使用し、アクチュエーターとして超音波モーターを使用する設計とした。さらに真空境界には溶接により真空封じするように改造した直線導入端子を使用した。このような部品を使用して、当初の目標値である俯角/仰角とも設定値から最大
5,最小回転角0.01の範囲で調整できるホルダーを設計することができた。試作・試験では、集光光学系に使用する予定の石英製のマイクロレンズアレイをプレス加工で試作し、結像特性及び表面粗さを測定した。その結果、加工に使用する金型を切削加工で製作後、表面を研磨することにより、使用可能なマイクロレンズアレイを製作できることを確認した。
岩前 敦; 小川 宏明; 杉江 達夫; 草間 義紀; 河西 敏*; 勝沼 淳*; 武山 芸英*
no journal, ,
ITER計画において日本が調達予定のダイバータ不純物モニターの設計検討と試作光学系の性能評価について報告する。ダイバータプラズマからの紫外及び可視領域の発光は、不純物モニターの先端部光学系を介し、観測窓を通り集光光学系により結像され光ファイバーを通じて分光器に導入される。プラズマ近傍に位置する先端部光学系では、線,中性子,高エネルギー粒子の照射を受けるため放射線耐性の金属ミラー(Mo, Al)を用い、これらミラーは核発熱除熱用の冷却路つき保持機構に取り付けられる。金属ミラー,集光光学系カセグレン望遠鏡,マイクロレンズアレイ(MLA),光ファイバー分配器を試作した。ITERの実機規模に光学系を配置し、結像特性,空間分解能,感度等を調べた。MLAにより磁力線方向に観測視野を広げ、検出光量を増加したことにより、集光効率はファイバー単体に比べて最大3.3倍となった。衝突輻射モデルを用いてダイバータプラズマの不純物発光線強度を評価した。計算により得られた炭素イオンの発光線C IV(581nm)の視線積分発光強度は、強度の高い一部の視線においては計測可能と推定される。
小川 宏明; 岩前 敦; 杉江 達夫; 河西 敏*; 勝沼 淳*; 原 玲丞*; 武山 芸英*; 草間 義紀
no journal, ,
ITERダイバータ不純物モニターは、ダイバータ部における不純物,重水素及びトリチウムのスペクトル線の発光強度分布を測定し、不純物制御やダイバータ制御にフィードバックするデータを提供するための計測装置である。熱歪みを低減するとともに、より高い空間分解能を得るために、水平ポート先端部光学系の光学設計及び機械設計を見直した。機械設計では、冷却流路を確保した一体型のマウントモジュールにミラーを設置する構造とし、さらにミラーホルダーにも冷却流路を確保する設計とした。今後、詳細な熱解析を行い、光学性能に対する影響を評価する。次に、試作したマイクロレトローリフレクターを使用したその場感度較正系の信号量を、測定したマイクロレトローリフレクターの反射率を用いて評価した。その結果、全測定波長領域内でS/Nが10以上となった。これは、ITERに適用可能であることを示唆するものであり、7月より実機規模での試験を実施する。最後にカセグレン型集光系に取り付けた光軸観察用光学系を使用した実機規模の光学特性試験を実施し、ほぼ当初設計通りの性能であることを確認した。
小川 宏明; 北澤 真一; 杉江 達夫; 勝沼 淳*; 北澤 大輔*; 大森 啓介*; 伊丹 潔
no journal, ,
ITERダイバータ不純物モニターは、ダイバータプラズマから放射される燃料粒子及び不純物の紫外から近赤外領域のスペクトル線の発光強度から、ダイバータプラズマ中の燃料粒子や不純物の密度、流入束等を評価し、ダイバータプラズマ制御に使用する計測装置である。原子力機構では、2013年7月に調達取り決めを締結した。今回、その場感度較正の波長領域を紫外領域まで測定範囲を広げるために新たにモリブデン製キャッツアイミラーを製作し、光学性能試験を実施した。その結果、3種類のレーザー(波長: 632.8, 543.5, 473.0nm)を用いた反射率測定ではモリブデンの鏡面の反射率から予想される値とほぼ等しい反射率が得られた。本講演では、予備設計レビューに向けて進めている詳細設計の進捗状況及びキャッツアイミラーの光学特性とこれを用いたその場感度較正法の原理実証試験について報告する。
杉江 達夫; 竹内 正樹; 石川 正男; 嶋田 恭彦; 勝沼 淳*; 北澤 大輔*; 大森 啓介*; 伊丹 潔
no journal, ,
ITERダイバータIRサーモグラフィーは、赤外線領域の光を分光測定することにより、ITERのダイバータ板表面及びバッフル表面の温度(200C-3600C)分布及び入熱分布を計測する装置であり、20
sの高時間分解能及び3mmの高空間分解能を有し、主にプラズマ先進制御及び物理研究に用いることを目的とした装置である。本サーモグラフィーは、3m帯及び5mを使った2色系と1.5-5.0mを測定波長範囲とする分光系の2つの測定系から構成される。ITERの環境に対応するために、耐放射線性、放射線遮蔽、除熱対策、熱歪対策、粒子照射軽減対策等を考慮した設計を進めるとともに、遠隔光軸調整機構及び較正機構の設計開発を進めている。光学設計では、3mmの空間分解能を得られる見通しが得られた。また、ミラー等の光学素子からの放射がバックグラウンドとして測定すべきダイバータ板等からの放射に重畳する影響についての評価を行い、除熱を考慮した設計を進めている。また、較正機構に関しては、設計に取り入れることを目的にして、IRレーザーを使った較正手法の試験を進めている。発表では設計開発の現状及び解決すべき課題について述べる。
