Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 2; Neutron scattering instruments

中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12

https://doi.org/10.3390/qubs1030009

J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。

Feeder components and instrumentation for the JT-60SA magnet system

吉田 清; 木津 要; 村上 陽之; 神谷 宏治; 本田 敦; 大西 祥広; 古川 真人; 淺川 修二; 倉持 勝也; 栗原 研一

Fusion Engineering and Design, 88(9-10), p.1499 - 1504, 2013/10

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2012.12.010

JT-60SA装置はEUと日本の共同で、ITERのサテライト・トカマク(JT-60SA)を製作する計画である。JT-60SA用超伝導マグネットは、18個のトロイダル磁場コイルと4個の中心ソレノイド・モジュール、6個の平衡磁場コイルから構成される。超伝導コイルには、交流損失や核発熱で3.2kWの熱負荷が発生し、4.4Kの超伝導臨界ヘリウムで冷却する。そのために、冷凍機からの冷媒を、クライオスタットに取り付けたバルブボックスで分配する。また、コイル端子箱に取り付けた高温超伝導電流リードから、超伝導フィーダーを経由して各コイルに電流を供給する。クエンチ検出などの計測の設計を示す。JT-60SA用超伝導マグネット装置は、既存のJT-60U装置の改造するために、配置や空間的な制限が多く存在していた。それらの設計条件を満足する概念設計が完了したので報告する。

JT-60U用NBIのドリフト管内再電離損失量算出法の改良

河合 視己人; 秋野 昇; 池田 佳隆; 海老沢 昇; 本田 敦; 椛澤 稔; 菊池 勝美; 藻垣 和彦; 能登 勝也; 大島 克己; et al.

JAEA-Technology 2008-069, 32 Pages, 2008/10

JAEA-Technology-2008-069.pdf:6.75MB

JT-60用NBI加熱装置は、正イオン源を用いた正イオンNBI装置(P-NBI)と、負イオン源を用いた負イオンNBI装置(N-NBI)から構成されている。両NBI装置とも、NBIビームラインとJT-60U本体真空容器とを結ぶドリフト管内の再電離損失量を、従来、ドリフト管近傍の真空度のベース値,ピーク値の各一点データとイオン源及び中性化セルへのガス導入量から概算する方法を採用していた。このため、長パルス入射時には真空度が変化し、正確な入射パワーの評価が困難であった。そこで、時間的に変化する真空度等を自動的に収集・計算する計算機システムによる自動計算機能を構築した。この結果、時系列データとして再電離損失量の算出が可能となり、長パルス入射における入射パワーを精度よく求めることができるようになった。

JT-60SAにおけるP-NBI加熱装置データ収集システムのプロトタイプの開発

篠崎 信一; 本田 敦; 大島 克己; 清水 達夫; 沼澤 呈*; 池田 佳隆

JAEA-Technology 2008-048, 23 Pages, 2008/07

JAEA-Technology-2008-048.pdf:8.1MB

国際熱核融合実験炉(ITER)のサテライトトカマク及びトカマク国内重点化装置として、JT-60U本体を超伝導トカマク装置に改造するJT-60SA計画が進められている。JT-60U用正イオンNBIは、入射パルスを30秒から100秒に伸長が求められている。一方、既存のデータ収集システムは高価なCAMACをベースとしており、製作から20年以上が経過したため、故障頻度が高くなり、運転にも支障をきたすようになっている。このためJT-60SAに向けて、100秒のデータ収集機能と高い信頼性のあるデータ収集システムの開発に着手した。第1段として、今回、低コストの汎用品を組合せた100秒データ収集システムの検証システムを開発・製作し、その基本性能を検証した。この結果、ユーザー要求に柔軟に対応可能な100秒システムをユーザー独自で構築できることが確認できた。

Design of a new P-NBI control system for 100-s injection in JT-60SA

岡野 文範; 篠崎 信一; 本田 敦; 大島 克己; 沼澤 呈*; 池田 佳隆

Fusion Engineering and Design, 83(2-3), p.280 - 282, 2008/04

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2007.11.014

JT-60Uの超伝導改修計画であるJT-60SAにおいて、加速エネルギー85keVの中性粒子ビームを入射するP-NBI加熱装置は、24MW(2MW12ユニット),100秒入射が求められる。このためには現在の制御システム(集中管理方式,30秒入射)を全面的に改造して100秒入射に改造する必要がある。このためPLCを用いたユニット単位制御方式で、シンプルな構成で汎用化・拡張性の高い新制御システムを設計した。新制御システムは、汎用PLC及びデータ収集ユニットを用いることでコストダウン化を図った。最新の汎用PLCは本制御システムで要求される200sの処理が可能である。また、監視制御画面は市販のソフトウェアが使用できるようにI/F変換用ソフトウェアを開発することで専用知識を持たない者でも開発が可能である。本稿では、これらの設計内容について報告する。

Long pulse production of high current D ion beams in the JT-60 negative ion source

花田 磨砂也; 鎌田 正輝; 秋野 昇; 海老沢 昇; 本田 敦; 河合 視己人; 椛澤 稔; 菊池 勝美; 小又 将夫; 藻垣 和彦; et al.

Review of Scientific Instruments, 79(2), p.02A519_1 - 02A519_4, 2008/02

https://doi.org/10.1063/1.2821508

高出力負イオンビームの長パルス化研究をJT-60負イオン源を用いて実施した。長パルス化上で問題となる耐電圧特性及び電極熱負荷について調べ、運転条件を最適化した。耐電圧特性に関しては、真空状態である負イオン源内部において、加速電圧印加時に発生する発光と耐電圧特性の相関関係を調べた。分光測定の結果、発光は繊維強化プラスチック(FRP)製絶縁管に電子が衝突することにより、絶縁管自体がカソードルミネッセンスにより発光していると推察された。さらに、発光強度と耐電圧特性の相関関係から、発光がほぼ零となるときに、イオン源は放電破壊は十分に抑制され、安定に動作することがわかった。発光がほぼ零となる加速電圧(340kV)で、負イオン源の長パルス化を図った。電極熱負荷に関しては、負イオン生成のためのアーク放電電力や引き出し電圧を最適化することによって、加速電極熱負荷を許容値(1MW)に抑制した。JT-60に設置されている負イオン源2台それぞれに対して、これらの運転条件を最適化した結果、各イオン源から320keV,約10A重水素負イオンビームを、従来より2倍長い21秒間安定に生成した。中性化後の重水素ビームパワーは3.2MWに達しており、世界で初めて、数MW級の中性粒子を20秒以上入射することに成功した。

Technical design of NBI system for JT-60SA

池田 佳隆; 秋野 昇; 海老沢 昇; 花田 磨砂也; 井上 多加志; 本田 敦; 鎌田 正輝; 河合 視己人; 椛澤 稔; 菊池 勝美; et al.

Fusion Engineering and Design, 82(5-14), p.791 - 797, 2007/10

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2007.05.077

ITERや原型炉に向けた研究を強化するため、JT-60Uを超伝導化するJT-60SA計画が進められている。この計画におけるNBI加熱装置は、入射パワーは1基あたりの入射パワー2MW(85keV)の正イオンNBI加熱装置が12基、入射パワー10MW(500keV)の負イオンNBI加熱装置が1基から構成され、総計34MW,100秒のビーム入射を行う予定である。一方、これまでにJT-60Uにおいては、正イオンNBIで2MW(85keV),30秒、負イオンNBIで3.2MW(320keV),20秒入射を既に達成している。これらの運転において両イオン源の加速電極の冷却水温度上昇は約20秒以内で飽和していることから、改修計画に向けては、電源の容量強化や負イオンNBIの加速エネルギー向上が鍵となると考えられる。本論文では、JT-60SA計画における、NBI加熱装置の増力に関する工学設計を報告する。

JT-60SAにおけるP-NBI加熱装置の制御システム(100秒化)の予備設計検討

本田 敦; 岡野 文範; 篠崎 信一; 大島 克己; 沼澤 呈*; 池田 佳隆

JAEA-Technology 2007-026, 19 Pages, 2007/03

JAEA-Technology-2007-026.pdf:3.36MB

国際熱核融合実験炉(ITER)のサテライトトカマク及びトカマク国内重点化装置として、JT-60U本体を超伝導トカマク装置に改造するJT-60SA(JT-60 Super Advanced)計画が進められている。JT-60SA化における主加熱装置である正イオンNBI加熱装置(P-NBI)は、既存の入射パルスを30秒から100秒に伸長し、12ユニットで24MWの中性粒子ビーム入射が求められる。このためには、製作から20年以上経過した現行の大型制御システム(デジタル:約4000点)を全面的に改造する必要がある。新制御システムの予備設計を、拡張性,コストパフォーマンスに加え、プログラムの自主開発の視点から行った。この結果、大型システムにおいてもPLC(Programmable Logic Controller)を主要機器に用いたユニット単位制御方式の導入により、現行制御機能を確保しつつ拡張性を有する100秒化制御システムを汎用品の組合せで構築できることが明らかとなった。

JT-60UにおけるNBI加熱装置用ヘリウム冷凍設備のPLC制御

本田 敦; 岡野 文範; 大島 克己; 秋野 昇; 菊池 勝美; 棚井 豊; 竹之内 忠; 沼澤 呈*

JAEA-Technology 2006-020, 20 Pages, 2006/03

JAEA-Technology-2006-020.pdf:2.96MB

JT-60中性粒子ビーム入射装置(NBI)は臨界プラズマ試験装置(JT-60U)の主加熱装置の1つである。NBIは14基の正イオンNBIビームユニット(2イオン源/ユニット)と1基の負イオンNBIビームユニット(2イオン源/ユニット)があり、プラズマ源と中性化のためには、1基あたり35Pam/sの重水素ガスを導入する必要がある。一方、中性ビームが再電離を起こさないように、導入した重水素ガスを素早く排気するために、排気速度20000m/sの大容量クライオポンプが設置されている。クライオポンプの冷却は2.4kWの冷凍能力を有するヘリウム冷凍設備で行っている。このヘリウム冷凍設備の制御は、1985年以来、DCS計算機システム(総制御ループ数:約400)で行っていた。しかし、近年DCS機器の高経年化等による故障頻度が著しく高くなってきたため、PLC計装を用いて制御システムの更新を実施した。本更新は、エンジニアリングメーカーに頼らず日本原子力研究開発機構の職員が独自に設計・製作したものである。本報告書は、これらの改造への取り組み及び成果についてまとめたものである。

JT-60Uの加熱用中性粒子ビーム中の酸素量とプラズマ中の酸素量との関係

仲野 友英; 小出 芳彦; 本田 敦; 梅田 尚孝; 秋野 昇; 東島 智; 竹永 秀信; 久保 博孝

プラズマ・核融合学会誌, 81(9), p.708 - 716, 2005/09

http://ci.nii.ac.jp/naid/110006281979

中性粒子ビーム入射実験を開始した直後では中性粒子ビームには重水素に対して8%以上の酸素が含まれており、炉心プラズマに含まれる酸素量のうち約50%が中性粒子ビームに由来するものであった。中性粒子ビームに含まれる酸素量はビーム入射を重ねるごとに減少し、約850ショット後には約1%になった。このとき、プラズマに含まれる酸素量のうち中性粒子ビームに由来する酸素量は20%以下であった。中性粒子ビームから入射された酸素のプラズマにおける閉じ込め時間は0.18秒と評価された。