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報告書

JT-60U LHRF加熱装置用クライストロンの低出力・長パルス試験

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$$^{circ}$$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。

報告書

JT-60U ECH装置用ジャイロトロンにおけるアノード電圧制御による出力変調運転

寺門 正之; 関 正美; 下野 貢; 五十嵐 浩一*; 満仲 義加*; 諫山 明彦; 安納 勝人; 池田 佳隆

JAERI-Tech 2003-053, 25 Pages, 2003/06

JAERI-Tech-2003-053.pdf:3.23MB

臨界プラズマ試験装置(JT-60U)では、電子サイクロトロン加熱(ECH)装置を用いて、局所的にプラズマを加熱あるいは電流駆動しプラズマの性能向上実験を実施している。また、プラズマの熱伝導率を測定し閉じ込め性能を調べるため、ECH装置の高周波源であるジャイロトロンの高周波出力を数十から数百Hz程度に変調し、プラズマ中へパルス的に入射している。JT-60Uでは、ジャイロトロンのアノード電圧を制御することで高周波出力の変調運転に成功した。アノード電圧を約10%変化させることで、変調度が約80%の出力変調運転を行うことができる。変調周波数は、12.2Hz~500Hzである。なお、出力変調運転中に主モードの発振効率が低下することにより放射器が加熱される。この原因は、放射器入口部における寄生発振と推測される。しかし、放射器の温度を監視することでジャイロトロンを保護することができる。

論文

Research and development on the Ion Cyclotron Range of Frequency heating system in JT-60U

森山 伸一; 藤井 常幸; 木村 晴行; 安納 勝人; 横倉 賢治; 篠崎 信一; 寺門 正之; 平内 慎一; 三枝 幹雄*

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.467 - 481, 2002/09

 被引用回数:5 パーセンタイル:61.56(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uにおけるイオンサイクロトロン周波数帯(ICRF)加熱装置の開発について述べる。1992年に運転を始めた同装置は開発,改良によって116MHz,7MWの高周波を1.1秒間プラズマに入射して加熱することに成功したが、その開発成果と運転経験はITERのICRF加熱装置開発に大きく貢献するものである。高周波の発振源である4極真空管には等方性黒鉛を用いた電極を採用して高い熱負荷に耐えるようにした結果、131MHzの高周波を単管あたり1.7MW,5.4秒間出力できた。ファラデーシールドの開口面積率を高くするなどプラズマとの結合効率が高くなるよう工夫したアンテナを開発し、大電力の入射を実現した。また、核融合炉の中性子照射にも耐えるように、従来用いていたセラミック絶縁物を不要にした全金属アンテナの開発を行い、高周波特性,機械強度ともにJT-60U及び次期装置での使用に耐えることを確認した。周波数を変えると伝送線路の電気長が変化することに着目し、プラズマの変化に伴って増加する反射電力を周波数の変化によって抑制する周波数フィードバック制御を開発した。

論文

The 110-GHz electron cyclotron range of frequency system on JT-60U; Design and operation

池田 佳隆; 春日井 敦; 森山 伸一; 梶原 健*; 関 正美; 恒岡 まさき*; 高橋 幸司; 安納 勝人; 濱松 清隆; 平内 慎一; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.435 - 451, 2002/09

 被引用回数:22 パーセンタイル:17.26(Nuclear Science & Technology)

JT-60Uにおける局所加熱と電流駆動を目的として、電子サイクロトロン周波数(ECRF)加熱装置を設計,開発し、運転を行った。周波数は、弱磁場側からの基本波Oモードを入射する110GHzを採用した。本システムは、単管出力1MWレベルのジャイロトロンを4本,その大電力を伝送する4本の伝送系,さらに2基のアンテナから構成される。エネルギー回収機構とダイヤモンド出力窓が、ジャイロトロンの特徴である。エネルギー回収機構を利用するとともに、その発振動作を考慮して高圧電源の改造を行うことにより、主電源が一定電圧制御の無いJT-60高周波加熱設備においてもジャイロトロンの発振を可能とした。またダイヤモンド出力窓の採用により、伝送系の伝搬モードに効率よく変換できる出力モードを実現し、低損失導波管の採用とあわせ、60mの長距離伝送においても約75%の高効率伝送を実現した。2基のアンテナは、高周波の入射方向をプラズマ放電中に制御可能であり、これにより局所的な加熱/電流分布制御を実現した。2000年には3系統によりプラズマ総入射パワー1.5~1.6MW,3秒までの運転を行い、電子温度15keVの達成や、MHD制御等の実験に用いられた。2001年には4系統のシステムが完成し、約3MWレベルの運転が実施された。

論文

Development and operation of the Lower Hybrid Range of Frequency system on JT-60U

関 正美; 池田 佳隆; 前原 直; 森山 伸一; 内藤 磨; 安納 勝人; 平内 慎一; 下野 貢; 篠崎 信一; 寺門 正之; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.452 - 466, 2002/09

 被引用回数:14 パーセンタイル:29.57(Nuclear Science & Technology)

JT-60U用低域混成波(LHRF)システムの開発及び運転結果について総合的にレビューする。LHRFシステムは、2GHz帯で1MWの大出力クライストロンを24本持ち、3つの通常型アンテナを用いて約8MWの入射を行った。電流駆動効率や放射スペクトラム制御性の改善及び入射電力の向上のため、既存のアンテナを3分岐型へ、さらに12分岐型のアンテナへと開発を進めた。12分岐型アンテナでは、既存の伝送系導波管数を1/4に削減でき、システムの簡素化に成功した。さらに7MWの入射電力を実現するほか、3.6MAの世界最高の非誘導駆動電流や3.5$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-2}$$AW$$^{-1}$$の世界最高の電流駆動効率を達成した。アンテナからのガス放出は、コンディショニングを行うことで、約1$$times$$10$$^{-6}$$Pam$$^{3}$$/sm$$^{2}$$と低くすることができ、従来から使用されて来た専用の真空排気装置を不要とできることを実証した。アンテナとプラズマの結合可能距離は、中性ガスを注入することで遠隔化できることを明らかにした。JT-60UのLHRFシステムは、世界をリードする電流駆動研究の原動力として稼動し、上記の成果をあげ、さらに次世代のLHRFアンテナの設計指針を与えるなど大きく貢献している。

論文

JT-60電子サイクロトロン加熱装置の運転経験

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。

論文

Initial results of electron cycloton range of frequency (ECRF) operation and experiments in JT-60U

池田 佳隆; 春日井 敦; 高橋 幸司; 梶原 健; 諫山 明彦; 井手 俊介; 寺門 正之; 篠崎 信一; 横倉 賢治; 安納 勝人; et al.

Fusion Engineering and Design, 53(1-4), p.351 - 363, 2001/01

 被引用回数:33 パーセンタイル:8.16

JT-60Uの高周波加熱として、電子サイクロトロン(EC)波による局所加熱/電流駆動の初期運転及び実験結果を報告する。本システムは、固体電流スイッチと高安定加速電源を従来の高周波加熱装置に付加することによりEC波を発振させるものであり、現在まで発振出力1MW,2秒,プラズマ入射電力0.75MW,2秒に成功した。局所加熱においては、アンテナの準光学可動鏡により、プラズマ中心から端まで、約15cmの中で加熱位置を制御できることを確認するとともに、入射の偏波条件を最適化することで、0.75MW,0.3秒の入射で中心電子温度を4.4keV上昇することに成功した。さらにNBIによる高$$beta_{p}$$ HモードプラズマにEC波を入射し、中心電子温度を約10keVに維持することを確認した。

論文

High power and long pulse ECRF system in JT-60U

梶原 健; 春日井 敦; 高橋 幸司; 池田 佳隆; 今井 剛; 安納 勝人; 芳賀 浩一*; 坂本 慶司; 横倉 賢治; 下野 貢; et al.

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.3, p.372 - 375, 2000/00

ITERや定常トカマク炉においてはECRFによる局所的な電流駆動により電流分布を制御しMHD不安定性を抑制することが期待されている。これを達成するために電子サイクロトロン周波数帯での発振管であるジャイロトロンの長パルス化や、入射位置の実時間制御の技術が不可欠である。現在、JT-60U用の高パワー長パルスECRFシステムを構築している。本システムは1MWジャイロトロン3本からなり、5秒以上の入射を目標としている。これまでにすでに1系統が稼動し、1MW-2秒、0.5MW-6秒の世界トップクラスの運転に成功した。この時の各部の温度上昇を調べたところ、いずれも設計値に近く長パルス化に対して熱負荷による問題は起こらないことを確認した。また、低電力RF試験により、アンテナからのビームの広がりがプラズマ位置で約10cm程度であり計算値に近いことを確認した。さらに、高パワーのプラズマ入射においては局所的な電子加熱を検証した。今後、アンテナの位置の実時間制御を実現し、3MW化と合わせ不安定性抑制の本格的な実証実験を行う予定である。

論文

Operation and control of JT-60U ECRF system

篠崎 信一; 下野 貢; 寺門 正之; 安納 勝人; 平内 慎一; 池田 佳隆; 池田 幸治; 今井 剛; 春日井 敦; 森山 伸一; et al.

Proceedings of the 18th IEEE/NPSS Symposium on Fusion Engineering (SOFE '99), p.403 - 406, 1999/10

JT-60Uにおける局所的な加熱及び電流駆動を目的として試作開発してきた110GHz,1MWのECRFシステムの構成・機能及び運転・制御について述べる。本システムはジャイロトロン、高圧電源、全長60mにおよぶ伝送系、駆動ミラーを有するアンテナから構成される。これらの機器すべてを統括し、その運転を制御する制御設備はシーケンサ、VME、タイミング制御板等から構成される。これらの内、特に重要な構成機器はタイミング制御板であり、ジャイロトロンの運転に欠かせない高圧電源の入・切制御を行うためのものである。これによりブレークダウン等の発生から数$$mu$$秒以内に高圧電源を遮断し、ジャイロトロンを保護することができる。また、ジャイロトロン、伝送系等の操作のために、マンマシンインターフェイス部分にタッチパネルを導入した。これにより、起動、停止やパラメータ入力等の運転操作が大幅に簡素化され、容易な運転を可能とした。

論文

Plasma coupling test of RF heating system in JT-60

上原 和也; 池田 佳隆; 三枝 幹雄; 坂本 慶司; 藤井 常幸; 前原 直; 恒岡 まさき; 関 正美; 森山 伸一; 小林 則幸*; et al.

Fusion Engineering and Design, 19(1), p.29 - 40, 1992/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.83

JT-60RF加熱装置のプラズマとの結合試験の様子が述べられている。RF加熱装置は2GHz帯と120MHz帯の高周波加熱装置で合計30MWがJT-60に入射される。全システムは、全系制御システムとリンクしたミニコンピューターで自動的に制御され、RFパワーと位相差があらかじめセットされたプレプログラムに従って、制御される。プラントデーターは装置の状況と把握するのに用いられ、RF入射中に集計、記録できるようになっている。両方の周波数帯の高周波が単独にあるいは中性粒子ビーム(NBI)入射中と連携で入射することが可能で、JT-60の追加熱実験に十分な性能を有することが示された。

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