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今澤 良太; 河野 康則; 小野 武博; 伊丹 潔
Review of Scientific Instruments, 87(1), p.013503_1 - 013503_7, 2016/01
被引用回数：5 パーセンタイル：26.82(Instruments & Instrumentation)ITERポロイダル偏光計のために回転波長板Stokes偏光計を開発した。本手法のための一般化された解析モデル及びFPGA(プログラマブルロジックデバイスの一種)に適した実時間解析アルゴリズムを提案する。一般化された解析モデルは、波長板の回転に同期した任意の現象を考慮できるため、波長板の位相遅延が一様で無くても高精度な測定が可能となる。可視光線を用い、波長板の品質が悪い条件で実験した結果、最大測定誤差及び確度はそれぞれ3.5%及び1.2%であった。このときの波長板の回転速度は20,000rpmであり、Stokesパラメタ-測定の時間分解能は3.3msである。また、解析にあたっては提案した解析アルゴリズムを使用した。次に、ソフトウェアエミュレーションによって、提案した解析アルゴリズムが実時間(時間分解の10ms)で測定可能であることを確認した。以上により、ITERポロイダル偏光計で目標としている、遠赤外光レーザーを用いた実時間高精度回転波長板Stokes偏光計の開発に見通しを得た。
波多江 仰紀; 谷塚 英一; 林 利光; 吉田 英次*; 小野 武博; 草間 義紀
Review of Scientific Instruments, 83(10), p.10E344_1 - 10E344_3, 2012/10
被引用回数：15 パーセンタイル：56.3(Instruments & Instrumentation)ITERの周辺トムソン散乱計測装置で用いるYAGレーザー装置の開発の進展について発表する。ITERの計測要求を満たすためには、繰り返し100Hzで出力エネルギー5JのYAGレーザー装置が必要である。これを実現するために、レーザー発振器から出力されるビームを2分岐し、それぞれのビームを口径14mmのレーザーロッド4本で増幅するレーザーシステムを設計し、レーザー増幅器をはじめとする主要機器の製作と、組立てを行った。レーザー増幅器では、フラッシュランプによる強い励起によって、レーザー結晶内で発生するASEやフラッシュランプ光中のレーザー波長と同じ波長の光が増幅率を低下させる原因となるが、サマリウムを添加したガラスを用いたフローチューブで増幅器内のそれらの光を選択的に吸収させることによって、小信号利得が最大2.8倍向上することを明らかにした。結果として、2つのビームラインを同時運転することにより、ITERの要求性能を越える、100Hz,最大7.66Jのレーザー光を発射できるレーザー装置の開発に成功した。
今澤 良太; 河野 康則; 小野 武博; 草間 義紀
Plasma and Fusion Research (Internet), 6(Sp.1), p.2402032_1 - 2402032_5, 2011/08
ITERにおけるポロイダル偏光計測では、プラズマに入射したレーザー光を計測室に戻すために、真空容器内のブランケットモジュール(BM)にレトロリフレクター(RR)を設置する。プラズマからRRへの熱負荷が非常に大きいにもかかわらず、RR専用の冷却配管の設置は困難な状況にあり、BMへの熱伝導による受動的な冷却が計画されている。本研究では初めてRRにおける熱,静構造及び光学解析を統合的に行い、通常のRRとテラス型レトロリフレクターアレイ(TERRA)の2つのタイプについて、計測室に戻るレーザー光の光量,位相及び偏光角の変化を定量的に評価した。本研究では、BMを簡略化したステンレス鋼の構造体として模擬し、RRを冷却配管から10mmだけ離して設置した。その結果、通常のRRの場合、入射光パワーの69%の光パワーが計測室に戻り、その位相分布には
rad程度のバラつきが、偏光角には0.06
程度の変化が発生することを明らかにした。またTERRAの場合、入射光パワーの49%の光パワーが戻り、その位相分布には
rad程度のバラつきが、偏光角には0.06程度の変化が発生することを明らかにした。以上より、RRに関する統合的な解析・評価手法を確立した。
今澤 良太; 河野 康則; 小野 武博; 草間 義紀
Review of Scientific Instruments, 82(2), p.023116_1 - 023116_5, 2011/02
被引用回数：2 パーセンタイル：12.81(Instruments & Instrumentation)A new concept for a terrace retro-reflector array (TERRA) as part of the poloidal polarimeter for ITER is proposed in this paper. TERRA reflects a laser light even from a high incident angle in the direction of the incident-light path, while a conventional retro-reflector array can not. Besides, TERRA can be installed in a smaller space than a corner-cube retro-reflector. TERRA is equivalent to a Littrow grating in an optical sense, and the reflected light generates a bright and dark fringe. Conditions for the propagation of the bright fringe in the direction of the incident light have been obtained using the Littrow grating model and have been confirmed in a simulation. Finally, we have designed laser transmission optics using TERRA for the ITER poloidal polarimeter. The optical design obtains a high transmission efficiency, with 88.6% of the incident power returned. These results demonstrate the feasibility of applying TERRA to the ITER poloidal polarimeter.
波多江 仰紀; 林 利光; 谷塚 英一; 梶田 信*; 吉田 英次*; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*; 矢作 鎌一*; 信夫 克也*; 小野 武博; et al.
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.253 - 258, 2010/08
An edge Thomson scattering system for ITER is a diagnostic system which measures electron temperature and density at the peripheral region in the plasma (r/a 
0.85). Required measurement ranges for the electron temperature and density are 50 eV 
T
10 keV and 5
10
n 310
m
, respectively. The spatial and the temporal resolutions are 5 mm and 10 ms, respectively. A high-energy (5 J) and high repetition-rate (100 Hz) Q-switch Nd:YAG laser system is necessary to satisfy measurement requirements above. We have been developing the YAG laser system for ITER. We have developed a prototype high-power laser amplifier. Since the laser efficiency of solid-state laser is low in generally (
2%), heat removal from the amplifier is crucial. In the amplifier design, we carried out heat analysis to optimize the cooling design. To realize 5 J of output energy, more than 1.6 J of energy needs to be extracted from one laser rod. In the initial laser amplification test, the extracted energy was limited 1.4 J by a lateral depumping effect. We have changed a cooling flow tube for the laser rod made by borosilicate glass to samarium-doped glass in order to deplete an infrared light emission. The Sm-doped flow tube was successfully suppressed the lateral depumping, and consequently the extracted energy reached up to 1.76 J. We have obtained a prospect of the real laser amplifier production from the results.
坂元 眞一; 明午 伸一郎; 今野 力; 甲斐 哲也; 春日井 好己; 原田 正英; 藤森 寛*; 金子 直勝*; 武藤 豪*; 小野 武博*; et al.
JAERI-Tech 2004-020, 332 Pages, 2004/03
JAERI-Tech-2004-020.pdf:17.93MB
日本原子力研究所と高エネルギー加速器研究機構が共同で建設する大強度陽子加速器施設(J-PARC)には、中性子ビーム及びミューオンビームを用いて、おもに物質科学,生命科学の研究が繰り広げられる物質・生命科学実験施設が建設される。この実験施設では、3GeVシンクロトロンで加速された大強度陽子ビームにより、中性子,ミューオンを生成する。3GeVシンクロトロンから物質・生命科学実験施設までの陽子ビームを効率よく輸送し、中性子生成標的,ミューオン標的へ的確にビーム照射を行う陽子ビーム輸送施設(3NBT)の設計全体をまとめる。
坂元 眞一; 明午 伸一郎; 今野 力; 原田 正英; 三宅 康博*; 春日井 好己; 武藤 豪*; 藤森 寛*; 小野 武博; 池田 裕二郎
JAERI-Tech 2001-075, 168 Pages, 2001/12
JAERI-Tech-2001-075.pdf:12.78MB
大強度陽子加速器計画の中で重要な施設である物質・生命科学実験施設に共存するミュオンターゲットと核破砕中性子源の設計では、いかに上流に置かれるミュオン標的で生ずるビームロスによる影響を低減できるかが課題である。本レポートは、1年間かけて検討してきた技術課題の定量評価とその対応の仕方について得られた結果をまとめたものである。
明午 伸一郎; 藤森 寛*; 甲斐 哲也; 春日井 好己; 大井 元貴; 小野 武博; 池崎 清美; 四宮 健司; 坂元 眞一
no journal, ,
J-PARCの1MW核破砕中性子源が完成した。本講演では、3GeVシンクロトロンから出射した3GeVの陽子ビームを核破砕中性子源及びミュオン源に供給する3GeV陽子ビーム輸送施設の概要について報告する。
大井 元貴; 甲斐 哲也; 小野 武博; 池崎 清美; 原口 哲也; 藤森 寛*; 坂元 眞一; 明午 伸一郎
no journal, ,
J-PARC RCSシンクロトロンから3GeV陽子ビームを取り出し、ビームダンプに入射することを成功した。陽子ビームモニターの概要,輸送ラインのビームオプティクス及びビームロスの現状について報告する。また、本年5月に予定されている陽子ビームの中性子源に受入れ計画について報告する。
明午 伸一郎; 大井 元貴; 甲斐 哲也; 原田 正英; 池崎 清美; 原口 哲也; 藤森 寛*; 坂元 眞一; 小野 武博
no journal, ,
J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)では、シンクロトロン(3GeV)から出射した1MWの大強度の陽子ビームを水銀ターゲットやその上流に設置した薄い炭素ターゲット(厚さ2cm)に入射し核破砕中性子やミュオンを利用したさまざまな実験を行う。本年5月に陽子ビームを水銀ターゲットに入射して、中性子源からの中性子ビームの生成に成功した。本報では、陽子ビームに関するコミッショニングについて報告する。
明午 伸一郎; 大井 元貴; 甲斐 哲也; 小野 武博; 池崎 清美; 原口 哲也; 圷 敦; 坂元 眞一; 藤森 寛*
no journal, ,
J-PARCの核破砕中性子源(JSNS)のビームコミッショニングが開始された。2008年5月30日10時15分に、わずかの1ショットのビームで中性子ターゲットまでビームを輸送することに成功した。その後に19ショットで陽子ビームの軌道調整を行った後に、わずか1ショットのビームで中性子ビームの生成を確認できた(14時25分)。中性子ターゲットにおける陽子ビームのプロファイルを得るために、アルミフォイルを水銀ターゲット上に設置し、放射化法により測定を行った。アルミフォイルは人が直接取り外すために、2000ショットに制限を行った。放射化法を行うためには、ビームの安定性が重要な鍵となるが、加速器からのビームは非常によく安定しており、ビームのふらつきの問題がないことが確認された。測定で得られたビームの広がりは、上流側のプロファイルモニターの結果から予想される値とよい一致を示した。これにより、陽子ビーム輸送系は、ほぼ設計通りとなっていることが確認された。現在までは4kWの運転を行っているが、将来のコミッショニング計画に関しても簡単に報告する予定である。
波多江 仰紀; 林 利光; 梶田 信*; 吉田 英次*; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*; 矢作 鎌一*; 信夫 克也*; 小野 武博; 草間 義紀
no journal, ,
ITERの周辺トムソン散乱計測装置では、プローブ光として、波長1064nm,エネルギー5J,パルス幅10ns,繰り返し率100HzのYAGレーザーが必要である。高平均出力レーザーで特に問題となるのは、レーザーロッドの熱レンズ効果による出力制限,熱複屈折効果による偏光解消によるビーム品質の低下,多段配置の高利得増幅器による寄生発振である。これらの問題を解決するために液体フレオン系化合物を媒質とする誘導ブリルアン散乱位相共役鏡を利用したレーザーシステムを設計し、構成要素の試作と試験を開始した。LD励起の単一縦モードYAGレーザー発振器のビームは、シリンドリカルレンズ構成のビーム拡大器で楕円形にし、横2連セレーテッドアパーチャーで、ビーム分割とプロファイル整形後、各ビームは2台の増幅器に入る。増幅器を通過したビームは位相共役鏡で反射され、再度増幅器を通過し、ダブルパス増幅された後、各ビームは偏光器で取り出される。それぞれのビームは50Hz, 5Jで出力され、互い違いに出力することにより100Hz, 5Jを実現する。増幅器には直径14mm,長さ100mmのNd:YAGロッドが2本搭載される。それぞれのロッドは、2本のフラッシュランプで励起する。フラッシュランプに投入する電気エネルギーは、ロッド1本あたり100Jであり、50Hzで点灯させる。このような増幅器を試作し、性能試験を行った結果、ロッド1本から1.76J程度のエネルギーを引き出せ、要求性能を達成できる見通しを得た。
明午 伸一郎; 大井 元貴; 甲斐 哲也; 小野 武博; 原田 正英; 池崎 清美; 原口 哲也; 圷 敦; 藤森 寛*; 坂元 眞一
no journal, ,
J-PARCの3GeVシンクロトロン(RCS)から3GeV陽子ビームを取り出し、J-PARC中性子源及びミュオン源に入射することに成功した。ビームコミッショニングの現状について報告する。J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)ではシンクロトロン(3GeV)から出射した1MWの大強度の陽子ビームを水銀ターゲットやその上流に設置した薄い炭素ターゲット(厚さ2cm)に入射し核破砕中性子やミュオンを利用したさまざまな実験を行う。2008年5月に陽子ビームを水銀ターゲットに入射し中性子ビームの生成に成功し、9月にミュオンビームの生成に成功した。本報では、陽子ビームに関するコミッショニングについて報告する。
河野 康則; 近藤 貴; 石川 正男; 波多江 仰紀; 林 利光; 小野 武博; 小川 宏明; 杉江 達夫; 岩前 敦; 草間 義紀; et al.
no journal, ,
日本におけるITER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)マイクロフィッションチェンバー:真空容器内に敷設する無機絶縁ケーブルに求められる最小曲げ半径は12cmであることから、曲げ試験を行い、曲げ半径10cmの場合でも性能が劣化しないことを確認した。(2)周辺トムソン散乱計:光源YAGレーザー増幅器のプロトタイプの開発に成功し、ITERの要求仕様を満足することを確認した。(3)ポロイダル偏光計:上部ポートプラグ内機器配置の設計検討及び真空容器内に設置する再帰反射ミラーの設計検討を進めた。(4)ダイバータ不純物モニター:ダイバータカセット内に設置するミラーボックス及びシャッターの機械設計を行った。(5)上部ポートプラグ:上部ポートプラグに発生する電磁力解析のためのメッシュモデリングを行った。また、熱間等方圧加圧加工(HIP処理)によるポートプラグ製作法を提案した。
河野 康則; 岩前 敦; 小川 宏明; 杉江 達夫; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 近藤 貴; 石川 正男; 佐藤 和義; 林 利光; et al.
no journal, ,
日本におけるITER計測装置の開発の進展に関して、ダイバータ不純物モニターについて得られた以下の成果を中心に報告する。(1)空間分解能の向上を目的として、従来の観測視線とは異なる方向からの観測視線の追加を検討し、コンピュータトモグラフィーを用いたモデル計算によりその効果を確認した。(2)大きな迷光の原因となることが懸念されているタングステン(ダイバータの材料)での反射について、タングステンの表面をサンドブラスト加工することで、観測波長域(紫外から可視)における反射率を加工前の約20%から約0.5%まで低減できることを示した。その他、マイクロフィッションチェンバー,周辺トムソン散乱計,ポロイダル偏光計及び計測ポートプラグに関する最近の開発状況について紹介する。
河野 康則; 石川 正男; 草間 義紀; 林 利光; 小野 武博; 海老澤 克之*; 若林 邦朗*; 清原 元輔*
no journal, ,
ITER計画において日本が調達するポロイダル偏光計測装置は、遠赤外レーザー光のファラデー回転角測定に基づき、プラズマ中心部における電流分布(安全係数分布)の計測を行う装置である。本講演では、原子力機構が進めている同装置の設計検討の進展について報告する。主な内容は以下の通り。(1)ポロイダル偏光計測装置用の上部及び水平計測ポートプラグには、プラズマ対向第一ミラー,第二ミラー,中性子遮蔽ブロック,真空窓等の機器を設置することとしており、空間的な制約を考慮しつつ、最適化レーザー視線(現在の設計例では15視線)に対応する機器配置案を作成した。この配置案をもとに、上部計測ポートプラグ内ミラーの核発熱量の評価を行い、ミラーの材質をモリブデンとした場合では、プラズマに近い第一ミラーの核発熱量として1-2 W/ccを得た。(2)真空容器内のブランケットモジュール及びダイバータカセットに設置するレーザー光折り返し用のレトロリフレクターの設計検討を行った。特に前者については、ブランケットモジュールのうち第一壁パネルに設置する設計とし、同パネルの交換時にあわせたメンテナンス及び交換を可能とした。
河野 康則; 近藤 貴; 石川 正男; 小川 宏明; 岩前 敦; 杉江 達夫; 佐藤 和義; 波多江 仰紀; 谷塚 英一; 林 利光; et al.
no journal, ,
日本におけるITER計測装置の開発の進展に関して、マイクロフィッションチェンバーについて得られた以下の成果を中心に報告する。(1)MIケーブルについて、ブランケットモジュールのギャップからの距離に対する核発熱量の変化をモンテカルロ中性子輸送計算により評価した。(2)前述の核発熱量及びMIケーブル表面からの輻射冷却効果を考慮して評価したMIケーブルの温度は、MIケーブルの使用可能温度領域内に留まることを確認した。その他、ダイバータ不純物モニター,周辺トムソン散乱計,ポロイダル偏光計及び計測ポートプラグに関する最近の開発状況について紹介する。
草間 義紀; 河野 康則; 杉江 達夫; 近藤 貴; 小川 宏明; 波多江 仰紀; 佐藤 和義; 鈴木 哲; 林 利光; 小野 武博; et al.
no journal, ,
ITERの計測装置は、2007年の設計レビューによる見直し、調達分担の再調整を経て、2009年6月のITER理事会において決定された。日本は、中性子束測定・核融合出力評価のためのマイクロフィッションチェンバー, プラズマ周辺部の電子温度・密度を測定する周辺トムソン散乱計測装置、プラズマコア部の電流密度・安全係数を評価するポロイダル偏光計、ダイバータ部の水素同位体と不純物を測定するダイバータ不純物モニター、ダイバータターゲットの温度・入熱を評価するダイバータ赤外サーモグラフィー、ダイバータ熱電対の6つの計測装置を調達する。原子力機構は、日本の国内機関として、これらの計測装置の開発を進めてきた。現在は、調達準備の最終段階として、機器の設計と試作試験を進めている。これらの活動の現状と今後の計画を述べる。
波多江 仰紀; 谷塚 英一; 林 利光; 梶田 信*; 吉田 英次*; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*; 信夫 克也*; 矢作 鎌一*; 竹松 浩之*; et al.
no journal, ,
国際熱核融合実験炉ITERの周辺トムソン散乱計測装置の主要構成機器である高出力YAGレーザーの開発の現状について報告する。5mmの空間分解能と10msの時間分解能を達成するためには、高い出力エネルギー(5J)かつ高繰り返し(100Hz)のQスイッチNd:YAGレーザーが必要となる。この条件の下、レーザー装置の各光学機器の設計・製作を行い、原型レーザーの組み立てを完了した。組み立て後の初期性能試験では、100Hzの繰り返しで2Jのレーザーエネルギーを得た。しかし、寄生発振によりレーザーの高出力化が制限されることがわかった。増幅列に透過率約40%の減光フィルターを挿入したところ、寄生発振が抑制できることを確認した。そこで、寄生発振対策として高光強度で透明になる可飽和吸収体(Cr
:YAGセラミックス)を増幅列に設置して、寄生発振を抑制し、高出力化調整を行う予定である。
河野 康則; 石川 正男; 佐藤 和義; 草間 義紀; 林 利光; 小野 武博; 海老澤 克之*; 若林 邦朗*; 平松 美帆*; 清原 通雄*; et al.
no journal, ,
ITER計画において日本が調達するポロイダル偏光計測装置は、遠赤外レーザー光(波長:約118ミクロン)の偏光面ファラデー回転角測定に基づき、ITERのプラズマ中心部におけるプラズマ電流分布の計測を行う装置である。原子力機構ではポロイダル偏光計測装置の設計検討を進めており、本講演では、以下の成果について報告する。(1)現在の設計では、上部計測ポートプラグから6本、水平計測ポートプラグから9本のレーザー光をプラズマ中に入射することとしており、これに対応した各ポートプラグ内での機器配置案を作成した。(2)真空容器内の第一壁パネル及びダイバータカセットに設置するレトロリフレクター(レーザー光折り返し用の再帰反射ミラー)について、熱負荷条件を考慮に入れた設計案を作成した。
