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山本 昌則; 渡邊 和弘; 山中 晴彦; 武本 純平; 山下 泰郎*; 井上 多加志
JAEA-Technology 2010-029, 60 Pages, 2010/08
JAEA-Technology-2010-029.pdf:10.49MB
ITER用中性粒子入射装置電源は、エネルギー1MeVで電流40Aの負イオンビームを加速するための-1MV超高電圧直流電源システムである。原子力機構はITER国内機関(JADA)として、-1MV超高電圧発生部,冷却水絶縁供給用高電位デッキ2, -1MV絶縁トランス,電力トランスミッションライン,サージ抑制機器,現地での電源試験のための機器等、主要な超高電圧機器の調達を担当する。中性粒子入射装置を安定に動作させるためには、イオン源加速部で発生する放電破壊時に電源から加速部へ流入するサージエネルギーを抑制し、加速部が放電破壊によって損傷されることを防ぐことが必要である。このために、電源回路にはサージ抑制機能が必要となる。ITER中性粒子入射装置電源のサージ特性について、最新のITERサイト機器配置等の諸条件を考慮した等価回路を作成し、回路解析コードEMTDCを用いてサージ抑制機器の最適化設計を行った。その結果、放電破壊の際のイオン源加速部への流入エネルギーをITERの要求値50J以下に対して25J程度に抑制できることを確認した。これによって、ITER用NBI電源における要求性能を満足するサージ抑制機能の実現の見通しを得た。
渡邊 和弘; 山本 昌則; 武本 純平; 山下 泰郎*; 大楽 正幸; 柏木 美恵子; 谷口 正樹; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 坂本 慶司; et al.
Nuclear Fusion, 49(5), p.055022_1 - 055022_5, 2009/05
被引用回数：28 パーセンタイル：70.93(Physics, Fluids & Plasmas)ITER中性粒子入射装置には-1MVの直流電源システムが必要であり、日本とEUが分担して製作する計画である。原子力機構は、日本国内機関としてITER中性粒子入射装置電源システムのうち、-1MVの直流超高圧発生部,伝送系, -1MV絶縁変圧器,サージ抑制装置などの超高電圧の主要な機器を分担する。これまでに、これら機器の設計を行った。インバータ電源の周波数については、回路定数から150Hzが適切な値であることを示し、採用された。直流超高圧の絶縁については、長時間の電界分布の変化を考慮し、その主要な機器の設計を行った。サージ抑制機能についても、回路解析を行い、サージブロッカによるエネルギー吸収素子や抵抗素子を適用することにより、負荷である加速器への流入エネルギーを20ジュール程度以下に抑制できることを確認した。
渡邊 和弘; 山本 昌則; 武本 純平; 山下 泰郎*; 大楽 正幸; 柏木 美恵子; 谷口 正樹; 戸張 博之; 梅田 尚孝; 坂本 慶司; et al.
Proceedings of 22nd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2008) (CD-ROM), 7 Pages, 2008/10
ITER中性粒子入射装置の電源システムにおける日本の調達分担は、-1MV発生部,伝送部系,-1MV絶縁変圧器など超高圧の主要機器である。これらの1MV超高圧電源機器の設計開発について報告する。本NBI電源は、これまでにない超高圧に加えて負荷がイオン源加速器であるため負荷短絡が頻発するという特殊性を持つ。ビームを安定に加速するためには、まず超高圧電源の絶縁を確実に行うことが必要であり変圧器や伝送系の絶縁設計によって機器構造を決定した。さらに、負荷短絡時の加速器保護のためのサージ抑制機能についてサージブロックコアと接地側抵抗素子の併用による新たなサージ抑制方式を提案し、流入エネルギーを抑制する回路構成とした。これら、調達に向けての主要な技術課題を検討し機能仕様を作成した。
渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 川島 秀一*; 小野 要一*; 山下 泰郎*; 山崎 長治*; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 谷口 正樹; 奥村 義和; et al.
Nuclear Fusion, 46(6), p.S332 - S339, 2006/06
被引用回数：33 パーセンタイル：72.61(Physics, Fluids & Plasmas)1MeV級の中性粒子入射装置用電源における重要な技術は、超高電圧の高速制御,直流1MVの電送,イオン源で放電破壊の際のサージの抑制である。超高電圧の制御については、これまでのパワー半導体の進歩を反映させ、従来のGTOインバータをIEGT素子に変えたインバータについて検討した。その結果、インバータでの損失を従来の1/3に低減でき、大きさとしてもGTO方式の6割に小型化できることを示した。さらに、1MV電送については、重要な要素である超高圧のブッシングについての試作試験で十分な耐電圧を確認した。また、サージの抑制については、高磁束密度で周波応答の良いファインメットコアを用いることで、サージの吸収が可能である。これらの技術のこれまでの進展について述べる。
柴田 圭一郎*; 真木 紘一*; 井上 多加志*; 花田 磨砂也; 奥村 義和; 山下 泰郎*
Fusion Engineering and Design, 51-52, p.357 - 362, 2000/11
被引用回数：1 パーセンタイル：12.1(Nuclear Science & Technology)ITERのNB装置は50MW,1MeVのD
ビームをプラズマに入射し、プラズマ加熱,電流駆動のほか、プラズマに回転力を与える。ビームは、NBダクト及び幅0.58m高さ0.915mの断面を有する斜入射水平ポートからプラズマに入射される。NBダクトをストリーミングした核融合中性子及び
線により、加速管中のセラミックス絶縁材及び永久磁石等のNB構成機器が損傷を受ける。又、プラズマからの放射線照射によりNB構成機器が放射化される。そこで、今回の解析では、NB構成機器の核特性及び運転停止後のNB入射装置周囲の線量を二次元THIDAコードシステムにより求め、その計算精度を三次元モンテカルロMCNP-4Aを用いて評価した。ITER寿命中における絶縁材及び永久磁石の劣化は問題にならず、NB入射装置周囲の線量は40
Sv/hとなり、人間による直接保守作業が可能であると考えられる。
井上 多加志; 柴田 圭一郎*; 真木 紘一*; 山下 泰郎*
Fusion Technology 1996, 0, p.1799 - 1802, 1996/00
核融合実験炉用中性粒子入射装置(NBI)では、炉本体と直結する入射ポート・ビームダクトを通って中性子がNBI内へストリーミングするため、NBI機器が放射化することは避けられない。しかしながら、たとえばITER用NBIでは、主要機器である負イオン源・加速器は炉から20m程離れた遠方に設置されるため、ビームライン中で4桁の中性子束の減衰が期待され、装置の機能・寿命は確保できる。本研究ではNBI室内での作業従事者近接保守を実現するためにITER用NBIの2次元中性子輸送計算・放射化計算・線輸送計算を行った。その結果、NBI入射装置の外側に厚さ30cmのポリエチレンを中性子遮蔽として設置し、さらに厚さ15cmの磁気遮蔽体である鉄を線遮蔽に併用することにより、NBI室内の炉停止1日後の線量当量を10Sn/hr程度まで低減しうることを明らかにした。これによりNBI室内での保守作業は作業従事者が直接行えるとの見通しが得られた。
小原 祥裕; 田中 茂; 秋場 真人; 荒木 政則; 藤沢 登; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 真木 紘一*; 水野 誠; 奥村 義和; et al.
JAERI-M 91-052, 176 Pages, 1991/03
ITER共通設計基準に基づいた中性粒子ビーム入射システム(NBS)の日本概念設計案について述べる。本システムは、1.3MeVで75MWの重水素中性粒子ビームを入射するものであり、プラズマ加熱の他電流駆動や電流分布制御にも用いられる。本システムは9ユニットより成り、各ユニット当り最大1.3MeV、10MWのビームを入射する設計としている。本設計で最も重要な点は、原研での実験結果に基づいて、低運転ガス圧で高い負イオン電流密度を得ることができるセシウム導入型体積生成負イオン源を採用していることである。本イオン源の採用により、NBIシステムの効率を改善すると共に、ITER共通設計基準を満足するコンパクトなNBIを設計することができた。
井上 多加志; 秋場 真人; 荒木 政則; 花田 磨砂也; 真木 紘一*; 水野 誠; 奥村 義和; 小原 祥裕; 関 昌弘; 田中 茂; et al.
Fusion Engineering and Design, 18, p.369 - 376, 1991/00
被引用回数：3 パーセンタイル：40.8(Nuclear Science & Technology)ニュートロニクスの観点から、ITER用中性粒子入射加熱装置の設計概念が考察される。高パワー中性粒子ビームを炉心プラズマ入射するため、ITER本体と中性粒子入射装置は、大きな開口をもったポートとドリフト管で接続されており、これを通して炉心プラズマから中性粒子入射装置へ、高流束の中性子がストリーミングする。中性粒子入射装置内のニュートロニクス諸量を2次元中性子輸送・放射化計算によって得た。その結果、ビームライン機器は10
~10
n/cm
sの高い中性子束に曝されること、中性粒子入射装置室の誘導放射能は運転停止後1日で10
Ci/cm
以下となることが判明した。
水野 誠; 大楽 正幸; 小原 祥裕; 尾崎 章*; 田中 茂; 上出 泰生*; 渡邊 和弘; 山下 泰郎*; 横山 堅二
IEEE 13th Symp. on Fusion Engineering, Vol. 1, p.574 - 577, 1989/00
負イオンを用いた中性粒子入射装置(NBI)はITERやFERにおける加熱および電流駆動のための重要なシステムの1つである。必要とされるビームエネルギーは500keV~1MeVであり、入射パワーは数+MWに達する。このため、加速電源として、500kV~1MV、数十Aの直流高電圧電源が必要とされる。このような電源には、従来用いられてきた、GTOサイリスタや四極管を使用した直流スイッチ方式は適用が難しい。そこで、直流スイッチを持たない電源を採用した。本電源の直流出力は、すべて、低圧側のインバーターにより制御される。R&Dの第1段階として、高熱負荷試験装置(JEBIS)の加速電源(100kV、5A)に本方式を採用した。講演では、高電圧電源の設計およびJEBISにおけるR&Dの結果について発表する。
山本 昌則; 渡邊 和弘; 井上 多加志; 山下 泰郎*
no journal, ,
ITER用NBI電源は、エネルギー1MeVで電流40Aの負イオンビームを加速するための直流超高圧電源である。日本はNBI電源のうち、1MV超高圧発生部,伝送部,サージ抑制部等の主要な機器を担当する。特に、イオン源放電破壊時のサージ抑制は、イオン源と加速器の保護及びビームの安定出力に極めて重要である。一方、サージ抑制機器は、性能はもちろんのこと電源全体の機器配置とも協調のとれたものでなければならない。そこで、最新のサイト機器配置等の諸条件を考慮し、回路解析コードEMTDCを用いてサージ抑制機器の定数,配置について次の項目について検討した。(1)サージブロッカーを高電位デッキ2(重水素・冷却水絶縁供給部)の前後に分配して配置する。(2)電源リターンラインにエネルギー吸収用の抵抗(50
)を新たに設置する。(3)中間電極保護抵抗は、加速器直前の設置が不可能であり、高電位デッキ2の上流側に設置する。これらの検討の結果、加速器への流入エネルギーを許容値(50J)以下に抑えられることを明らかにした。
渡邊 和弘; 山本 昌則; 谷口 正樹; 梅田 尚孝; 小林 薫; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 戸張 博之; 大楽 正幸; 坂本 慶司; et al.
no journal, ,
原子力機構は、日本における極内機関としてITER用中性粒子入射装置電源の主要な高電圧機器の調達を分担する。これまで、直流-1MVの超高電圧機器の設計やサージ抑制機能の設計を行った。特にNBIの安定性能の実現に重要なサージ抑制機能については、回路解析による設計を行い、負荷である加速器での放電破壊による短絡の際にも、流入エネルギーがITERでの基準値である50ジュール以下を十分満足できる20ジュール程度に抑制できることを確認した。これらの結果に併せて、負イオン加速器開発の状況についても報告する。
武本 純平; 渡邊 和弘; 山本 昌則; 井上 多加志; 坂本 慶司; 山下 泰郎*
no journal, ,
日本は、ITER NBIの電源システムのうち、-1MV直流発生器, -1MV絶縁トランス,伝送部,サージ抑制部,高電位デッキ等の主要な超高電圧機器の調達を担当する。これまでに、この電源を分担するEU及びITER機構と協力して、機能仕様をほぼ確定した。現在、より詳細な電源機器設計を進めるとともに、ITERトカマク建屋内外の設備レイアウト,全体工程,仏国内法規・規制等の制約を考慮しつつ、絶縁,接地,サイト搬入,据付調整,試験方法等を総合的に検討・設計統合する段階にある。
戸張 博之; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; 井上 多加志; 坂本 慶司; 山下 泰郎*
no journal, ,
原子力機構では、ITER NBI用高電圧ブッシングの設計検討及び構成部材の開発を進めている。絶縁材として用いる大口径アルミナセラミック(外径1560mm)のコバールを封着剤とした金属接合(銀ロウ付け)試験,試作した1/2サイズモックアップブッシングの真空耐電圧試験、並びに電界解析によるブッシング内部構造の改良を中心に高電圧ブッシングの設計検討について報告する。
藻垣 和彦; 花田 磨砂也; 河合 視己人; 椛澤 稔; 秋野 昇; 小又 将夫; 薄井 勝富; 大麻 和美; 菊池 勝美; 清水 達夫; et al.
no journal, ,
JT-60Uの次期装置である超電導コイル核融合装置(JT-60SA)において、既存のNBI加熱装置は再使用される。このため、同装置は解体撤去された後、長期保管される。同装置を含むJT-60U装置は平成22年度より本格的に解体撤去されるが、本体室からの物品の搬出ルートの確保を目的に、平成21年11月
平成22年1月中にかけて、搬出ルートの中央にある負イオンNBI用高電位テーブル(HVT)を撤去する。撤去対象となるHVTは負イオン源へ電力を供給する電源盤を収納するものであり、4階構造の超大型構造体である。HVTは2-4階の電源収納筐体とその筐体を大地から絶縁し支持する絶縁柱で構成されている。HVTの大きさは長さ13.1m,幅5.6m,高さ10mであり、電源を含めた総重量は約150トンである。コスト削減や工期短縮のために、ソース電源収納用筐体と絶縁柱を含む支持筐体に2分割し、撤去する。HVT内部の電源を含めた収納用筐体の重量は130トンであり、一括撤去のために筐体の構造材であるH鋼を補強するとともに、吊り金具を8か所溶接した。その後、吊り位置を自由に変えることが可能な天秤を用いて仮吊りすることによって、収納用筐体と支持筐体を分割した。分割作業期間中はHVTの転倒防止のため、分割した箇所を専用の仮受け架台で支持しながら作業を進めた。すべての連結ボルトを取り外した後、仮受け架台を外し、除染後に別の建屋に運び出し、残った1階の支持筐体を撤去する。本稿では、超大型構造体であるHVTの放射線管理区域からの搬出について報告する。
土田 一輝; 渡邊 和弘; 山中 晴彦; 武本 純平; 井上 多加志; 田中 滋*; 山下 泰郎*
no journal, ,
ITER中性粒子ビーム加熱装置において大電力ビームを長時間発生するために負イオン源や加速器の冷却は不可欠である。これらの機器は、-1MVの高電位にあるため、冷却水供給系に絶縁性確保のためのウォーターチョークを設置する必要がある。特に、ITER用ウオーターチョークでは、冷却水圧が高く(2MPa)、冷却水戻り温度が高温(65
C)で電気伝導度が高く純水冷却水中のリーク電流が大きい(数十mA)、など厳しい条件が果される。これらの条件においても十分な耐電圧性能を確保するため、「高耐水圧」「高耐電圧」「高耐食性」の特徴を持つウォーターチョーク用セラミック絶縁管を開発した。開発したセラミック絶縁管を用いて機械試験及び耐電圧試験に供し、当該品がITER用ウオーターチョークで必要とされる絶縁性能(110kV/本)を持っており、冷却水中に150mAのリーク電流が流れてもフランジやロー付け水シール部における金属材料の腐食や溶解が小さい見通しを得た。
前島 哲也; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 山中 晴彦; 照沼 勇斗; 梅田 尚孝; 大楽 正幸; 戸張 博之; 山下 泰郎*; 柴田 直樹; et al.
no journal, ,
日本はイタリア・パドバに建設中のITER中性粒子入射装置試験施設(NBTF)用-1MV高電圧電源の調達を進めている。これまでに直流-1MVの伝送ライン、5段構成の直流発生器の低圧側3段分、直流フィルター、-1MV絶縁の純水冷却水供給系等の超高電圧機器の詳細設計を終了し工程通りITER機構のレビューを受けて製作に着手した。これら主要機器の絶縁設計、機械強度設計について報告するとともに、設計のために必要であった、-1MV電位部への高温純水の絶縁特性の実験についても報告する。
