Increase in the beam intensity of the linac-based slow positron beam and its application at the Slow Positron Facility, KEK

和田 健*; 兵頭 俊夫*; 柳下 明*; 池田 光男*; 大澤 哲*; 設楽 哲夫*; 満汐 孝治*; 立花 隆行*; 長嶋 泰之*; 深谷 有喜; et al.

European Physical Journal D, 66(2), p.37 - 40, 2012/02

https://doi.org/10.1140/epjd/e2012-20641-4

本論文では、高エネルギー加速器研究機構(KEK)低速陽電子実験施設の最近の進展について報告する。はじめに、低速陽電子ビームを生成するためのコンバータ・モデレータアッセンブリの改良を行った。具体的には、コンバータ・モデレータのフレームをタンタルで作製し、モデレータ内部ではタングステン薄膜を井桁状に2セット組み、2段に配置した。この改良により、低速陽電子のビーム強度が以前のものに比べて一桁増大するに至った。この高強度陽電子ビームを用いて、二つの新たな研究が進展した。一つは、ポジトロニウム負イオンの光脱離実験を行い、レーザーによるポジトロニウムの中性化に成功した。二つ目は、反射高速陽電子回折(RHEPD)装置を開発し、これまでの線源法に比べて5-10倍の反射強度を得ることに成功した。今後、両実験のさらなる発展が見込まれる。

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。

日欧の幅広いアプローチ計画と国内計画によるJT-60SA計画

菊池 満; 松田 慎三郎; 吉田 直亮*; 高瀬 雄一*; 三浦 幸俊; 藤田 隆明; 松川 誠; 玉井 広史; 櫻井 真治; 池田 佳隆; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 82(8), p.455 - 469, 2006/08

http://ci.nii.ac.jp/naid/110006282136

JT-60SA計画は、核融合エネルギーの実現に向けて実験炉ITERを支えつつ、我が国独自の魅力あるトカマク型原型炉の実現を目指すトカマク国内重点化装置計画と、ITER計画の主要参加国である欧州と日本の共同計画としてのサテライト・トカマク計画との合同計画である。JT-60SA計画の経緯,目的と意義,装置設計,運営形態について述べる。

Engineering design and control scenario for steady-state high-beta operation in national centralized tokamak

土屋 勝彦; 秋場 真人; 疇地 宏*; 藤井 常幸; 藤田 隆明; 藤原 正巳*; 濱松 清隆; 橋爪 秀利*; 林 伸彦; 堀池 寛*; et al.

Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1599 - 1605, 2006/02

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.08.066

JT-60定常高ベータ装置(トカマク国内重点化装置)は、経済的な核融合炉の実現を目指した定常高ベータプラズマ運転の実証が重要なミッションの一つである。現在、プラズマ形状及びアスペクト比について広いパラメータ領域で研究を行えるように、装置の物理的・技術的設計検討を進めている。本装置の目標とする高ベータプラズマは、自由境界MHD安定性限界を超えた領域にあるため、電子サイクロトロン加熱による新古典テアリングモードの抑制に加えて、安定化板及び容器内コイルを用いた壁不安定性モードの抑制など、さまざまなMHD不安定性の制御手法を駆使する必要がある。それらを踏まえて、今回は、高ベータと臨界条件クラスのプラズマを同時に達成できるプラズマパラメータの解析評価、及び自由境界MHD安定性限界を超えた高ベータプラズマの非誘導電流駆動制御シナリオの検討結果について報告する。また、広いパラメータ領域で定常高ベータプラズマ運転を実現させるための装置設計の現状に関して、超伝導コイル及び放射線遮へい材を中心に報告する。

Development of 170 and 110 GHz gyrotrons for fusion devices

坂本 慶司; 春日井 敦; 池田 佳隆; 林 健一*; 高橋 幸司; 森山 伸一; 関 正美; 假家 強*; 満仲 義加*; 藤井 常幸; et al.

Nuclear Fusion, 43(7), p.729 - 737, 2003/07

プラズマの加熱電流駆動用大電力ジャイロトロン開発を行った。ITERで要求される周波数170GHzにおいて、準連続運転となる0.9MW/9秒,0.75MW/17秒,0.5MW/30秒,0.3MW/60秒等の出力を達成し、連続出力ジャイロトロンの開発に大きな見通しを得た。パルス幅は内部の冷却強化によりさらに延長可能である。また、JT-60U用110GHzジャイロトロンで1.2MW/4秒等の出力を得た。110GHzジャイロトロンは4MWのJT-60U電子サイクロトロン共鳴加熱電流駆動装置の発振源として使用されている。

不要RFの抑制によるジャイロトロンの高性能化

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。

Noninductive current drive and steady-state operation in JT-60U

牛草 健吉; 井手 俊介; 及川 聡洋; 鈴木 隆博; 鎌田 裕; 藤田 隆明; 池田 佳隆; 内藤 磨; 松岡 守*; 近藤 貴; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.255 - 277, 2002/09

https://doi.org/10.13182/FST02-A228

JT-60における非誘導電流駆動及び高性能定常運転に関する研究成果をまとめた。低域混成波電流駆動(LHCD)により3.5MAの大電流駆動,3.61019m-2A/Wの高効率電流駆動,自在な電流分布制御性を実証した。近接条件,高速電子挙動等の基礎研究によりLHCD物理の解明に貢献した。負イオン源中性粒子ビーム電流駆動(N-NBCD)実験により、中性粒子ビーム電流駆動に関する研究を著しく進展させた。駆動効率1.51019m-2A/Wを達成し、1MAの電流駆動に成功した。弱磁場励起Oモード電子サイクロトロン波による局所電流駆動を実証し、駆動効率0.51019m-2A/W,0.2MAの電流駆動を達成するとともに、新古典テアリング不安定性の抑制に成功した。これらの成果に基づき、高pHモード及び負磁気シアプラズマという2つの高性能定常運転方式を開発した。これらの運転方式は、高い閉じ込め性能を有するほぼ定常状態の電流分布を完全電流駆動の状態で持続できるものである。高い規格化密度や高い核融合積を有する完全電流駆動高性能定常運転方式で達成した。

High-efficiency oscillation of 170GHz high-power gyrotron at TE 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

https://doi.org/10.1143/JJAP.40.L906

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。

大電力100GHz帯ジャイロトロンの開発

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。

Development of 110GHz band gyrotrons and its application for JT-60U and ITER

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。