Evaluation of dark current profile for prediction of voltage holding capability on multi-aperture multi-grid accelerator for ITER

錦織 良; 小島 有志; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 渡邊 和弘; 梅田 尚孝; 戸張 博之; 吉田 雅史; 市川 雅浩; 平塚 淳一; et al.

Plasma and Fusion Research (Internet), 11, p.2401014_1 - 2401014_4, 2016/03

https://doi.org/10.1585/pfr.11.2401014

ITERやJT-60SAにおける中性粒子入射装置では、多孔多段(MAMuG)加速器による高エネルギー、大電流ビームの安定供給が要求されている。これらの加速器の設計に向けては、真空放電で決まる耐電圧の予測が重大な課題となっており、原子力機構では、MAMuG加速器をの耐電圧を物理理解に基づいて設計するために、真空放電の物理過程の研究を実施している。これまでの研究成果から、この真空放電は電界放出電子による暗電流が起点となっていると考えている。しかし、F-N理論によれば、暗電流は電界増倍係数によって決まるが、これまでは実験的にしか求めることができなかった。そこで、今回、の決定機構を調べるために、MAMuG加速器の大面積電極の電界の異なる3つの領域で独立に暗電流を測定した。その結果、は電極のコンディショニングと共に低下するが、絶縁破壊電界Eによって表される実効電界Eが一定で1MV/mmであることが分かった。これは、小型電極から求めた実効電界Eよりも1桁大きい値であり、面積の依存性を示唆していると考えている。このEの値を利用することにより、絶縁破壊電界時におけるを求めることができ、暗電流の評価と耐電圧の予測を関連付けることができると考えている。

Development of design technique for vacuum insulation in large size multi-aperture multi-grid accelerator for nuclear fusion

小島 有志; 花田 磨砂也; 戸張 博之; 錦織 良; 平塚 淳一; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 吉田 雅史; 市川 雅浩; 渡邊 和弘; et al.

Review of Scientific Instruments, 87(2), p.02B304_1 - 02B304_5, 2016/02

https://doi.org/10.1063/1.4931803

原子力機構では、ITERやJT-60SAで利用する中性粒子入射装置の実現に向けて、大面積多孔多段負イオン加速器を開発中であり、1MVや500kVの直流超高電圧を真空中で安定して保持できる耐電圧性能が要求されている。そこで、真空放電の物理理解に基づく耐電圧設計手法を確立することを目的として、今回、これまでの耐電圧試験結果に基づいて、多段の入れ子構造である加速電極支持構造の形状を、耐電圧や境界条件から最適化する手法を開発した。本手法では、ビーム光学から要求される電圧及びギャップ長から、電極平板部の面積、つまり同軸の入れ子構造となる円筒型電極の半径を決定することにより、耐電圧を満たすための同軸間ギャップ長を求める。これにより一段分の対向する陰極・陽極の電極構造が決まるため、本手法を段数分くり返すことにより、耐電圧を満たした加速電極支持構造を境界条件の中で一意に設計することが可能となる。得られた加速器の耐電圧を予測するために、未解明であった多段による耐電圧の劣化を、5段電極を用いて実験的に調べた結果、5段の耐電圧は1段耐電圧の段数倍よりも25%程度耐電圧が減少し、段数の増加による影響が見られた。この効果を考慮した結果、本手法によるJT-60用負イオン加速器の耐電圧解析が10%以下の誤差の範囲で一致し、ITERやJT-60SAの耐電圧設計の精度を向上することができた。

大型炉特性解析法の研究

竹田 敏一*; 上出 英樹*; 宇根崎 博信*; 錦織 毅夫*; 佐々木 良明*; 辻本 恵一*; 荒川 恵史*; 馬野 琢也*; 鈴木 隆之*

PNC TJ265 85-01, 197 Pages, 1985/03

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本報告書は次の五部から構成されている。 第一部:ZPPR-13Aの実験解析におけるマルチドロワ効果 第二部:制御棒均質化手法の改良 第三部:CADENZA追加実験解析 第四部:輸送摂動計算における差分法の改良 第五部:ZPPR-9炉心での断面積アジャストメント 第一部:ZPPR-13Aの実験解析におけるマルチドロワ効果 ZPPR-13A炉心の燃料ドロワと内部ブランケットドロワの干渉効果を取り入れる手法としてマルチドロワモデルを採用し,Keff,反応率比,反応率分布及びNaボイド反応度価値に対する補正量を計算した。 第二部:制御棒均質化手法の改良 オフセンターの制御棒の実効均質断面積をスーパーセル表面からの正味中性子流を考慮して計算する方法を導出した。この手法は,スーパーセル表面でのアルベドを用いる方法にくらべ実効均質断面積が発散する事がなく,安定した方法である。 第三部:CADENZA追加実験解析 ピンープレート炉心の核特性予測精度を調べるため,Zebra2225炉心のピン,プレート体系におけるKeffのC/E値をJES3-J2断面積セットにより計算し,その違いについて検討した。第四部:輸送摂動計算における差分法の改良 輸送計算に基づく直接計算並びに輸送摂動計算より得られる反応度のくい違いについて検討した。この差はXY体系では生じないがRZ体系で生じる。この原因はXY体系では両方式の差分式が同一となるが,RZ体系では異なることに基づく。RZ体系の両方式の整合性を取るため,輸送摂動計算に付け加えるべき補正項を導出する。この補正項の大きさをNaボイド反応度に対する数値計算により検討する。 第五部:ZPPR-9炉心での断面積アジャストメント ZPPR-9炉心の核特性のC/E値を基としてJES-3-J2断面積セットより作成した16群ミクロ断面積のアジャストメントを行った。アジャストメント後の核特性のC/E値は一般によくなり,特に制御棒ワース,反応率分布のC/E値の空間依存性が下記のように少なくなった。 制御棒ワース4.1%-1.2% 239Pu(n,f)反応率分布3.2%-1.7%