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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。
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。
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。
河西 敏; 小川 宏明; 杉江 達夫; 原 玲丞*
no journal, ,
ITERダイバータ不純物モニターは、ダイバータ部の不純物,重水素及びトリチウムスペクトル線等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反映させるデータを提供するための計測装置である。上部,水平及びダイバータポートのそれぞれに光学系を設置して2次元測定ができる光学配置を採用している。各ポートに配置する先端部光学系のミラーホルダー,マウントモジュール,シャッター機構の構造及び冷却水流路の設計,熱解析によるこれらの温度及び熱歪みの分布、並びに応力解析による変位と応力分布の評価を行った。上部ポート用モジュールには剛性パイプ内に収まる一体型構造を、水平及びダイバータポート用には分割型構造のモジュールを設計した。解析モデルの初期温度を150度、冷却水温度を150度一定とした解析から、一様な核発熱(0.2MW/m)を与えた場合上部ポート用の一体型構造では温度が200度程度で温度差も数度以下にできることがわかった。複雑構造の水平ポート用では(核発熱量0.4MW/m)大部分が200300度であり、構造を工夫する必要があることがわかった。熱解析の結果をもとに光学性能への影響の概略評価を行った。
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
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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*
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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。
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
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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。
