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鈴木 貞明; 関 正美; 篠崎 信一; 佐藤 文明; 平内 慎一; 石井 和宏*; 長谷川 浩一; 森山 伸一
JAEA-Technology 2007-055, 27 Pages, 2007/09
JAEA-Technology-2007-055.pdf:4.18MB
JT-60U高周波加熱装置の一つである低域混成波(LHRF)加熱装置では、過大なプラズマからの熱負荷によるダメージを避けるために、アンテナ先端部に炭素製グリルを取り付けた新たな取り組みでプラズマ実験が行われている。しかし、プラズマ実験後の観察では、一部に放電痕が見つかったために、アーク検出器及び可視画像検出の高性能化による保護インターロックの強化に取り組んだ。アーク検出器では、光検出の応答速度及び分解能を高めるために増幅回路の改良を行った。また、可視画像検出では、PC画像処理を導入しプラズマによる発光と放電光を区別してon-off制御する機能を新たに追加した。本報告書は、LHRF加熱装置における保護インターロックシステムの改良についてまとめたものである。
横倉 賢治; 森山 伸一; 長谷川 浩一; 鈴木 貞明; 平内 慎一; 石井 和宏*; 佐藤 文明
JAEA-Technology 2007-045, 22 Pages, 2007/07
JAEA-Technology-2007-045.pdf:6.1MB
大電力用ミリ波電力測定装置は、主伝送路の導波管内を伝搬する高周波を直接誘電体に透過させ、誘電体で損失する高周波エネルギーから透過電力を算出する新しい発想の高周波計器であり、高次モードや偏波の変化に計測値が鈍感な特徴を持つ。また、検出素子を適切に選択することで、kW
MW級の広範囲の電力測定に柔軟に対応することができる。本報告では、大電力ミリ波による高周波損失が極めて小さい材料を検出素子として選択し、その発熱特性と耐電力性能を評価した結果について記述する。これらの検討結果をもとに、JT-60U, JT-60SA電子サイクロトロン加熱装置への実用化に向けたプロトタイプ電力測定装置の設計と製作を実施したので報告する。
石井 和宏; 関 正美; 篠崎 信一; 長谷川 浩一; 平内 慎一; 鈴木 貞明; 佐藤 文明; 森山 伸一; 横倉 賢治
JAEA-Technology 2007-036, 30 Pages, 2007/07
JAEA-Technology-2007-036.pdf:17.06MB
JT-60UのLHアンテナは、効率的に高周波(RF)をプラズマへ入力するために、プラズマと近い位置に設置され、常にプラズマと相互作用している。そのため、ステンレス鋼製のLHアンテナ先端の開口部は、プラズマからの過大な熱負荷による損傷やRF放電による損傷が発生し、問題となっていた。その対策としてLHアンテナ先端部に耐熱性に優れた炭素製グリルを取付けることにより、先端部の損傷を軽減できる耐熱化LHアンテナを開発し、プラズマへのパワー入射実験を世界で初めて行った。炭素製グリルからの放出ガスによるRF放電が懸念されたので、初期のRFコンディショニングは慎重に行い、十分な脱ガスを実施した。その結果、RF電力として16MJの入射エネルギーの達成に成功した。また、電流駆動用LHアンテナとして要求される、十分に高いプラズマ電流駆動性能(約1.6
10
A/W/m
)を持つことを実証した。
滑川 卓志; 川口 浩一; 小池 和宏; 原口 信吾; 石井 暁
Proceedings of International Conference on Nuclear Energy System for Future Generation and Global Sustainability (GLOBAL 2005) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/10
実用化戦略調査研究における低除染TRU燃料製造システムについてプラント概念を構築し、システム評価を実施した。簡素化ペレット法は従来法の実績経験を有するため早期の実用化が期待される。ゲル化法は溶液及び顆粒として物質取扱するため微粉飛散が少ない利点がある一方、多量の工程廃液処理によるコスト増大が課題である。射出鋳造法は小規模施設での経済性に優れるが、TRU金属合金スラグ製造性の立証を要する。窒化物燃料に関しては、N-15回収再利用に関する技術開発が必要である。特に、被覆粒子燃料製造においては、コーティング及び集合体形成プロセスで更なる技術開発が求められている。
高橋 正己*; 関 正美; 下野 貢; 寺門 正之; 五十嵐 浩一*; 石井 和宏*; 春日井 敦
JAERI-Tech 2003-080, 27 Pages, 2003/11
JAERI-Tech-2003-080.pdf:3.11MB
JT-60Uでは、局所的な加熱・電流駆動によるプラズマの安定性改善や予備電離の実験を行うことを目的として、電子サイクロトロン加熱(ECH)装置を導入してきた。JT-60UのECH装置は、動作周波数110GHz・高周波出力約1MWの発振管(ジャイロトロン)4基を持ち、2基の可動ミラー型アンテナを使用してJT-60Uプラズマへ入射するシステムである。110GHzを含む極めて高い周波数のミリ波帯での高出力発振は10年前まではなく、近年ITER用に開発されてきたジャイロトロンで初めて実現された。そのため、ジャイロトロンの運転にはさまざまな調整が必要である。ヒーターエージング後に、磁場調整,アノード電圧調整により1MWの発振条件を見つけ、その後、パルス幅を伸ばすエージングを行い、秒オーダーの運転を実現した。さらに、高出力,長パルスで安定な運転を行うため、ジャイロトロン管内で発生する不要高周波を吸収するRF吸収体を内蔵する改良を行った。その結果、1MW-5秒の設計目標を達成するとともに、4基のジャイロトロンでプラズマに約10MJの世界最高のミリ波エネルギーを入射できた。
石井 和宏*; 関 正美; 下野 貢; 寺門 正之; 五十嵐 浩一*; 高橋 正己*
JAERI-Tech 2003-079, 22 Pages, 2003/10
JAERI-Tech-2003-079.pdf:3.01MB
JT-60Uでは、定常化運転を目指した開発研究の一つとして、低域混成波帯(LHRF)の高周波を用いた電流駆動の研究を行っている。その研究において、装置技術的課題は、LHRF加熱装置の重要な機器である大電力LHRFアンテナの開発である。LHRFアンテナは、効率的に高周波をプラズマに入射するために、プラズマから近い位置に置かれている。そのためLHRFアンテナは常にプラズマからの熱にさらされ、また大電力高周波の入射が要請されるため、先端部におけるプラズマからの熱負荷による溶融や高周波放電による溶融・変形が問題となっていた。その結果、プラズマへの入射パワーは徐々に減少してきた。この対策として、LHRFアンテナのエージングを行って、耐高周波電界性能の向上を図った。また、赤外線カメラによるLHRFアンテナの温度監視,LHRFアンテナ位置の調整,入射パワーを断続的に変調する電流駆動法の開発、そしてアークセンサによる高周波放電を検知して、LHRFアンテナ先端部の損傷を防止する保護対策を実施してきた。
下野 貢; 関 正美; 寺門 正之; 五十嵐 浩一*; 石井 和宏*; 高橋 正己*; 篠崎 信一; 平内 慎一; 佐藤 文明*; 安納 勝人
JAERI-Tech 2003-075, 29 Pages, 2003/09
JAERI-Tech-2003-075.pdf:4.62MB
第一壁洗浄に有効な電子サイクロトロン共鳴(ECR)放電洗浄(DC)をJT-60Uで実証するために、高周波源としてJT-60U低域混成波(LHRF)加熱装置用クライストロンの低出力・長パルス試験を行った。LHRF加熱装置用クライストロンは、2GHz帯で単管当たり1MW-10秒出力性能を持つが、長パルス運転のために動作条件を変更しなければならない。そのために、まず電源性能から長パルス運転が可能となるビーム電流を評価した。この結果、ビーム電圧72kV,ビーム電流4.4Aにおいて電源は定常運転が可能であることが判明した。このビーム電圧及び電流において空洞共振器を調整した結果、クライストロン出力40kWを得た。さらに、出力40kWレベルで模擬負荷を用いて60秒の長パルス試験を行い、クライストロンのコレクター温度が約20秒で120
Cの飽和温度になり、コレクター冷却性能から定常運転が可能と判断した。JT-60UでのECR-DC実験では、約30kW-45分の運転に成功した。
五十嵐 浩一*; 関 正美; 下野 貢; 寺門 正之; 石井 和宏*; 高橋 正己*
JAERI-Tech 2003-030, 40 Pages, 2003/03
JAERI-Tech-2003-030.pdf:5.83MB
JT-60Uにおける電子サイクロトロン加熱(ECH)装置は、局所加熱あるいは電流駆動をすることが可能であり、動作周波数110GHzにおいて、出力約1MW,最大パルス幅5秒を出力するジャイロトロン4基を用いる。電子サイクロトロン波によるジャイロトロンが110GHzの高周波を発振するために必要な超伝導コイル(以降SCMと記す)は、ジャイロトロン内部のキャビティ付近に最大4.5Tの強磁場を発生する。この超伝導コイルの特徴は、4Kヘリウム冷凍機をコイルに搭載することによって、液体窒素を全く使用することなく運転することが可能であり、メンテナンス性が非常に優れていることである。ジャイロトロン用超伝導コイルを高出力・長パルスの環境で長期間継続運転した経験の報告は、これまであまりなく、大変貴重である。ジャイロトロン用超伝導コイルの運転経験から、ECH装置の運転における以下のような重要な知見を得た。4Kヘリウム冷凍機の交換時期の推定方法を試案して、ECH装置の順調な運転に寄与した。さらに、4Kヘリウム冷凍機停止が、150時間以下の場合には再起動後200時間程度以内でSCMの温度が通電可能温度(5.0K以下)まで到達することを実証できた。
寺門 正之; 下野 貢; 五十嵐 浩一*; 高橋 正己*; 石井 和宏*; 関 正美
平成14年度東京大学総合技術研究会技術報告集, 3 Pages, 2003/03
JT-60電子サイクロトロン加熱(ECH)装置は、周波数110GHz,出力約1MWの大電力電子管(ジャイロトロン)を使用した発振器を4系統有している。ECH装置は、局所的な加熱・電流駆動によるプラズマの安定性改善や予備電離の実験に使用されている。現在使用しているジャイロトロンは3電極を持ち、ビーム加速電源から分圧されたアノード電圧を変調することで、その発振パワーを可変できる。すなわち、アノード電圧を分圧するために使用しているツェナーダイオードの数を制御することによって、数十数百Hzで変調制御できるようにした。これにより、ジャイロトロンの出力を変調できる運転を実現した。
下野 貢; 関 正美; 寺門 正之; 五十嵐 浩一*; 石井 和宏*; 梶原 健; 安納 勝人
NIFS-MEMO-36, p.382 - 385, 2002/06
臨界プラズマ試験装置(JT-60)では、局所的な加熱・電流駆動によるプラズマの安定性改善や予備電離の実験を行うため、平成10年度から電子サイクロトロン加熱装置(ECH)を導入してきた。JT-60 ECHは、周波数110GHzで高周波出力1MWの発振管(ジャイロトロン)を4本持ち、内径31.75mmのコルゲート導波管約60mにて高周波電力を伝送して、入射角度を変えられるミラー型のアンテナ(2基)からJT-60 プラズマへ入射するシステムである。電源の最適化やジャイロトロンの改良、伝送系の敷設精度の改善を実施して、2.8MW-3.6s(-10MJ)の世界最高レベルの入射を実現できた。本研究会では、ECHの運転おいて発生した問題(ノイズよる誤動作等)とその対策、ジャイロトロン寄生発振の抑制による長パルス時のビーム電流安定化と準定常運転化、さらに、モニター系の充実によって運転の省力化を試みたことなどを述べる。また、今後の課題についても報告する。
平内 慎一; 横倉 賢治; 森山 伸一; 佐藤 臣夫*; 石井 和宏*; 藤井 常幸
JAERI-Tech 98-006, 27 Pages, 1998/03
JT-60におけるイオンサイクロトロン周波数帯(ICRF)加熱では、2基のアンテナを用いてプラズマに100MHz帯の大電力高周波を結合され、共鳴するイオンを加速することでプラズマ加熱を行う。アンテナは、高温のプラズマから近い位置に設置されるため、非常に過酷な条件下に置かれている。そのためICRFアンテナでは、プラズマ粒子の衝突によると思われる表面の溶融が問題になっており、その原因解明が重要な課題となっている。この損失の原因、機構を明らかにし、熱負荷の小さい運転条件を追究し、アンテナの健全性維持を目的で、赤外線熱画像装置を用いた「ICRFアンテナ表面温度計測装置」を開発した。これを利用し、温度計測を行い損傷を最小限に抑える運転が可能になってきた。
小池 和宏; 大島 宏之; 石井 暁; 滑川 卓志; 辻 延昌*; 橋本 昭彦*
no journal, ,
FBR実用化調査研究で設計研究を行っている低除染TRU燃料は、数十数W/kgHM程度の発熱を生じるため、燃料製造に悪影響を及ぼす可能性がある。簡素化ペレット製造施設を例にとると、燃料に直接関連する不具合として、(1)MOX粉末の再酸化,(2)MOXペレットのO/M比の変動,(3)燃料棒表面の酸化,(4)熱膨張による燃料バンドルのスタック等が考えられる。前報告では、一次元簡易モデル又は相関式等を用いて予備評価を行い、プレス(成型ホッパ)・集合体組立装置等の製造設備,ペレット・燃料棒・集合体貯蔵庫等の貯蔵設備で、上記の不具合が発生する可能性があることを示した。本報告では、上記のうちの製造設備について詳細検討を行い、対策を立案した。
森山 伸一; 横倉 賢治; 長谷川 浩一; 鈴木 貞明; 平内 慎一; 石井 和宏; 佐藤 文明; 谷 孝志; 五十嵐 浩一; 下野 貢; et al.
no journal, ,
電子サイクロトロン加熱(ECH)装置で用いるミリ波帯の方向性結合器は導波管内の不要モードや偏波に 敏感に反応して結合度等が変化するために適用範囲の広いパワー計測法とは言えない。この問題を解決するため、JT-60本体とECH装置導波管の真空を隔て、ミリ波を透過する窓として使用しているCVDダイアモンドディスクが、誘電正接によって発熱することを利用してパワーを測定する新しい手法の開発を行っている。ミリ波はHE11モードで伝送されるため、パワー密度が大きいディスク中心部にピークした発熱分布となる。しかしダイアモンドの熱伝導率が非常に高い(2kW/mK)ことを利用して、温度測定の可能なディスク端の温度変化から準実時間でパワーを見積もることを目指している。ディスクの発熱分布と熱伝導に関するモデル計算を行って、ディスク端温度の時間変化率を予想し、この変化率から求めたパワー波形より、測定の応答時間を0.2秒程度にできること明らかにした。これにより、時間応答性の高い極細熱電対を用いることにより、JT-60への実入射パワーを準実時間で測定できる見通しが得られた。
関 正美; 澤畠 正之; 篠崎 信一; 平内 慎一; 鈴木 貞明; 長谷川 浩一; 下野 貢; 横倉 賢治; 石井 和宏; 佐藤 文明; et al.
no journal, ,
JT-60Uの研究目的は、良好な閉込を長時間維持することである。高性能の閉込には、非誘導電流駆動や高い割合の自発電流の実現,高プラズマ圧力の達成が重要であり、LH装置やEC装置を用いた電流分布制御や局所加熱が中心的な役割を果たす。そこで、LH及びECの長パルス入射が不可欠であるが、LHの性能を決めるアンテナが、熱負荷により長パルスでの入射が困難になってきていた。そこで、アンテナ性能の回復とアンテナへの熱負荷対策として、耐熱性が高い炭素材をアンテナ形状にして取付ける世界で初めての開発を行った。コンディショニングを注意深く進めた結果、880kW-18秒を達成した。電流駆動を行うことができ、電流駆動用アンテナとしての性能も発揮できた。しかしLHアンテナの先端部をチェックしたところ、炭素製先端部には昇華は見られなかったが、炭素製先端部とステンレス製アンテナ間に、放電によりダメージが見られるところがあった。原因は、電気接触が不完全になり、高周波放電が発生したからと推測された。ダメージが進展した原因は、放電時の光を検知する保護機能が十分に働かなかったからであった。今後、高周波放電のきっかけをなくすために、電気接触の改良を図る構造や電気接触子を開発して行く。
鈴木 貞明; 長谷川 浩一; 篠崎 信一; 佐藤 文明; 平内 慎一; 石井 和宏; 関 正美; 森山 伸一; 横倉 賢治
no journal, ,
JT-60高周波加熱装置(LHRF)は、アンテナ先端部に耐熱性を高めるために開発した炭素製グリルを取り付けて実験運転を行ってきた。その後、先端部を観察したところ、炭素製グリルには損傷はなかったが、炭素製グリルを取り付けるステンレス製ベース部に溶融が見られた。その原因の一つとして、先端部付近での放電がアーク検出器で正常に検出されず、放電が持続し、ベース部を保護できなかったと考えられた。そこで、こうした損傷等を最小限に抑えるためにアーク検出器の改良や可視画像による保護システムの開発を行った。
森山 伸一; 藤井 常幸; 関 正美; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 篠崎 信一; 寺門 正之; 平内 慎一; 長谷川 浩一; 下野 貢; et al.
no journal, ,
JT-60U電子サイクロトロン加熱(ECH)装置(出力3MW, 5秒,周波数110GHz)では、JT-60Uでのプラズマ高性能化研究を推進するために、ジャイロトロン(発振出力1MW, 5秒)の長パルス発振技術,実時間での高周波パワー計測技術等の開発を行っている。長パルス発振技術では、ジャイロトロンのアノード電圧の調整により発振を制御する方式を開発し、これまでに例のない発振停止から再び発振させる制御に成功した。また、発振出力0.5MWで25秒までのパルス幅を達成した。さらに、3kV程度の幅でアノード電圧を変調して、変調周波数3kHzまでの出力変調を実現した。高周波パワー計測技術では、人工ダイヤモンド製高周波窓の端部温度上昇から高周波パワーを逆算する方法を開発した。高周波の誘電損失によりダイヤモンド円板の中心部が加熱されるが、ダイヤモンドの極めて高い熱伝導率により端部温度計測から時間遅れの少ない(応答時間0.6秒程度)パワー計測が可能なことを実証した。
平内 慎一; 横倉 賢治; 鈴木 貞明; 寺門 正之; 石井 和宏; 佐藤 文明; 長谷川 浩一; 森山 伸一
no journal, ,
JT-60U電子サイクロトロン加熱(ECH)装置は、周波数110GHzの高周波によりJT-60Uプラズマに対し局所加熱/電流駆動を行い、閉じ込め性能を向上させるものである。ECH装置は、大電力の高周波を発生する大電力発振系,発生した高周波を伝送する伝送系及びプラズマに入射するアンテナなどから構成される。ECH装置の長パルス入射運転には、伝送機器での高周波放電を抑制して高周波を効率よく伝送させることが最も重要な課題である。本発表では、実際の長パルスプラズマ入射試験(0.5MW, 20秒)における伝送機器の温度上昇,真空窓による放電などのエージング過程での問題点と、それを解決するために行った真空排気系の改良,アーク検出器の整備などの放電防止対策及び新ダミーロードの導入について報告する。
古府 麻衣子; 山室 修*; 綿貫 竜太*; 榊原 俊朗*; 河村 聖子; 村井 直樹; 中島 健次; 松浦 直人*; 上木 岳士*; 阿久津 和宏*; et al.
no journal, ,
スピングラスの特徴はスピングラス転移温度の存在とその近傍での複雑な磁気緩和現象であり、実験・理論両面から研究が進められてきた。一方、スピングラス状態の磁気励起についての知見は殆ど得られていない。我々は、磁気秩序相から乖離した複数のスピングラス物質について中性子非弾性散乱測定を行った。その結果、スピングラス転移温度以下で、ボーズ因子でスケールされる局在磁気励起が普遍的に存在することがわかった。