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春日井 敦; 坂本 慶司; 林 健一*; 高橋 幸司; 庄山 裕章*; 梶原 健*; 池田 佳隆; 假家 強*; 満仲 義加*; 藤井 常幸; et al.
JAERI-Research 2002-027, 57 Pages, 2002/11
JAERI-Research-2002-027.pdf:3.6MB
ジャイロトロン内に発生する不要RFは、ジャイロトロンの長パルス化あるいは高効率化等の性能向上を妨げている要因の1つである。ジャイロトロンの内部に発生する不要RFには、(1)ビームトンネルにおける寄生発振,(2)放射器における寄生発振,(3)ジャイロトロン内部の散乱RFがある。ビームトンネルにおける寄生発振は、ビームトンネルの表面に炭化珪素材を適用することで完全に抑制することができた。その結果、ジャイロトロンの空胴共振器における主モードの発振効率を従来の約20%から30%以上に改善でき、高効率動作の実現を達成した。放射器の寄生発振については、空胴共振器での発振効率を高めることで軽減できることを明らかにした。ジャイロトロン内部の高周波回路の回折損失に起因する散乱RFはジャイロトロン出力の10%以上あることが明らかとなったが、冷却の工夫及びDCブレークの材質の変更により、動作を制限する要因にはなっていない。以上のように、寄生発振を抑制したこと及び散乱RFを管外で処理し、散乱RFに起因する内部加熱に対する冷却の強化により1MW-10秒レベル(0.9MW-9.2秒)の長パルス動作が可能となった。
高橋 幸司; 今井 剛; 坂本 慶司; 小林 則幸*; 森 清治*; 毛利 憲介*; 伊藤 保之*; 庄山 裕章; 春日井 敦
Fusion Engineering and Design, 56-57, p.587 - 592, 2001/10
被引用回数：7 パーセンタイル：48.68(Nuclear Science & Technology)国際熱核融合実験炉(ITER)では、プラズマ加熱電流駆動,分布制御,プラズマ立ち上げ等のツールとして電子サイクロトロン波帯加熱(ECRF)装置が必要とされている。水平ポートから中心及び周辺の加熱電流駆動を目的として、上斜めポートからは分布制御を目的として、前者はトロイダル入射角20~45度,後者はポロイダル入射角度50~58度の可変性能を有する入射系(ランチャー)が要求されている。何れも周波数は170GHz,総入射パワー20MWである。原研ではITER設計タスクのもと、先端ミラーによってに入射角度可変とするランチャーを基本に設計を行っている。その設計及びそれに必要な耐中性子可動ミラー用摺動部やダイヤモンド窓の開発、さらに先端から離れた位置に可動ミラーを設置し、そのミラーにより入射角度を変える遠隔駆動型ランチャーの開発を行っている。その成果について報告する。
mode with depressed collector庄山 裕章; 坂本 慶司; 林 健一*; 春日井 敦; 恒岡 まさき; 高橋 幸司; 池田 幸治; 假家 強*; 満仲 義加*; 今井 剛
Japanese Journal of Applied Physics, Part 2, 40(8B), p.L906 - L908, 2001/08
被引用回数：28 パーセンタイル：71.93(Physics, Applied)170GHz大電力ジャイロトロンを用いて安定な1.1MWの発振を達成した。発振モードはTEであり、CW運転可能なモードである。発振効率は32%であり、減速コレクター運転により総合効率として57%に達した。発振効率を低下させるビームトンネル(電子銃とキャビティの間の電子ビームが通過する筒)での寄生発振をRF吸収体を装備することにより抑制した。この結果は核融合装置に求められる1MW長パルスジャイロトロンの開発に大きなインパクトを与えるものである。
春日井 敦; 坂本 慶司; 高橋 幸司; 梶原 健; 庄山 裕章; 池田 幸治; 恒岡 まさき; 池田 佳隆; 藤井 常幸; 假家 強*; et al.
Fusion Engineering and Design, 53(1-4), p.399 - 406, 2001/01
被引用回数：17 パーセンタイル：74.85(Nuclear Science & Technology)原研ではITER R&Dのもとで、ITER用170GHzジャイロトロンの開発を行っている。これまでに、ダイヤモンド窓の開発などにより、世界のトップデータとなる出力約0.5MWで8秒間の出力を達成した。次のステップとしてジャイロトロンのビームトンネルを改良し、発振効率を28%まで改善させた。さらに、1MW-10秒を目標とした次期170GHzジャイロトロンを製作し、現在発振実験を行っている。また170GHzジャイロトロンの開発をベースに、JT-60Uでの電子サイクロトロン加熱/電流駆動のための、周波数110GHz、ダイヤモンド窓搭載ガウシアンビーム出力ジャイロトロンを製作し、プラズマへの応用を開始した。これまでに出力1MWで0.6秒の発振が得られている。
庄山 裕章; 坂本 慶司; 林 健一*; 春日井 敦; 高橋 幸司; 恒岡 まさき; 池田 幸治; 假家 強*; 満仲 義加*; 今井 剛
信学技報, 100(506), p.39 - 44, 2000/12
ITER,JT-60U等の大型核融合装置における電子サイクロトロン共鳴加熱及び電流駆動装置の発振源として大電力、長パルス、高効率の100GHz帯ジャイロトロンの開発を行い、これまでにエネルギー回収運動による効率50%発振、超高次モードを用いた1MW発振、数MW/連続出力で使用可能な人工ダイヤモンド出力窓の開発等の成果を得てきた。最近では、長パルス化に向けてさらなる発振効率の向上を図るために、SiCビームトンネル付170GHzジャイロトロンを開発し、1.1MW/57%の発振を達成した。
今井 剛; 坂本 慶司; 春日井 敦; 恒岡 まさき; 高橋 幸司; 庄山 裕章; 池田 幸治; 池田 佳隆; 梶原 健; 藤井 常幸; et al.
平成12年度電気学会原子力研究資料(NE-00-4), p.19 - 24, 2000/09
原研が、ITER及びJT-60U用に開発しているミリ波(100-200GHz帯)の大電力、長パルス、高効率ジャイロトロンの開発成果について報告する。人工ダイヤモンド窓により、大電力、長パルスが可能となり、また、エネルギー回収により、高効率が可能となった。これらの技術を最適化して、170GHz、1MWで50%の発振を達成し、また、長パルスでは、110GHzで、1MW,3秒,170GHzでは、約500kWで8秒の出力を得ている。
坂本 慶司; 春日井 敦; 庄山 裕章; 林 健一*; 高橋 幸司; 恒岡 まさき; 池田 幸治; 池田 佳隆; 梶原 健; 森山 伸一; et al.
25th International Conference on Infrared and Millimeter Waves Conference Digest, p.11 - 12, 2000/00
110GHzジャイロトロンは、JT-60UでITERの物理R&Dとなる加熱電流駆動や、新古典論テアリング不安定性の抑制、プラズマの立ち上げに使用されるもので、これまでに短パルスで1.2MW,1MWでは3秒、0.5MWでは6秒までの発振を得た。これまで3本のジャイロトロンを製作しJT-60UのECH加熱電流駆動装置に装着した。約50mの伝送系にジャイロトロンを接続して実際に1MW発振でのプラズマ入射にも成功し、最大15keVの電子温度上昇を得ている。RFの抵抗損失による最も熱負荷の厳しい空胴共振器は、設計通り1秒で定常状態に落ち着いた。出力窓の中心部の温度上昇は、1MW出力に対し約25度で定常状態になっており、設計値と良く一致する。この結果は、170GHzの場合、約45度の温度上昇に対応する。また、コレクタも設計通りの温度上昇を示しており、約5秒で定常状態に達する。このようにジャイロトロン内の主要コンポーネントについて長パルス化に関する見通しが得られた。ITER用ジャイロトロン開発では、これまで世界で初めて低損失人工ジャイヤモンド窓を装着して0.5MWで8秒の出力に成功しているが、新たに電子ビームの不安定性を抑制する機構を設けることにより、出力1.2MW、発振効率33%、エネルギー回収を含めた総合効率で52%を達成した。現在、これらの成果を取り入れ、連続出力を目指した長パルス化研究を継続している。
庄山 裕章; 春日井 敦; 坂本 慶司; 高橋 幸司; 恒岡 まさき; 池田 幸治; 梶原 健; 池田 佳隆; 藤井 常幸; 假家 強*; et al.
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.3, p.368 - 371, 2000/00
電子サイクロトロン周波数領域の電磁波源は核融合炉の定常運転にとって最も有望なツールの一つである。国際熱核融合実験炉(ITER)には、100GHz帯、1MWにおいて電子サイクロトロン加熱/電流駆動及びMHD安定化のために定常運転可能なジャイロトロンが必要とされている。ITER用ジャイロトロン開発の一環としてJT-60U用に110GHz、1MWの長パルスジャイロトロンの開発をおこない、基礎特性の検討と秒オーダーの長パルス運転時に問題となる不要RFによるジャイロトロンを構成する誘電体部品の加熱の評価と対策の検討を行った。
坂本 慶司; 春日井 敦; 庄山 裕章; 高橋 幸司; 恒岡 まさき; 池田 幸治; 梶原 健; 池田 佳隆; 假家 強*; 満仲 義加*; et al.
信学技報, 99(498), p.37 - 42, 1999/12
原研では、ITERやJT-60U等の大型トカマクの電子サイクロトロン共鳴及び電流駆動(ECH/ECCD)装置の発振源として、100GHz帯のジャイロトロン開発を行っている。これまでに、エネルギー回収を行い、ジャイロトロンで初めてとなる効率50%の達成、超高次モードを用いた1MW発振の成功、人工ダイヤモンドを用いた数MW、連続出力で使用可能な真空封じ窓の開発、及びこれを用いたジャイロトロンの開発等の成果を得てきた。
